基于ARM的移動(dòng)無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言

　　隨著移動(dòng)通信與Internet技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)單一的固定點(diǎn)監(jiān)測已無法滿足應(yīng)用要求，迫切需要與移動(dòng)監(jiān)測形成以Internet與各種無線接入技術(shù)相結(jié)合的復(fù)合型測控網(wǎng)絡(luò)。與傳統(tǒng)的固定點(diǎn)監(jiān)測相比，移動(dòng)監(jiān)測靈活，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，彌補(bǔ)了固定點(diǎn)監(jiān)測覆蓋面小的不足。移動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)采集設(shè)備、終端管理計(jì)算機(jī)、監(jiān)控中心組成，并將數(shù)據(jù)采集設(shè)備安裝于可移動(dòng)載體。它將現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)終端管理計(jì)算機(jī)處理后，通過無線數(shù)據(jù)傳輸通道傳送到監(jiān)控中心，因此監(jiān)控中心就可以隨時(shí)了解現(xiàn)場狀況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線移動(dòng)監(jiān)測。針對于信息的實(shí)時(shí)傳輸，本文設(shè)計(jì)了基于CDMA的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　整個(gè)信息傳輸管理系統(tǒng)由移動(dòng)終端、CDMA網(wǎng)絡(luò)、Internet網(wǎng)、信息管理中心服務(wù)器等組成，如圖1所示。移動(dòng)終端將GPS數(shù)據(jù)組成CDMA數(shù)據(jù)分組，通過CDMA網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)，上傳到信息管理中心服務(wù)器。服務(wù)器應(yīng)當(dāng)具備IP地址和電子地圖。信息管理中心也可以通過Internet網(wǎng)和CDMA網(wǎng)絡(luò)向移動(dòng)終端發(fā)出各種指令。

3移動(dòng)終端硬件組成

　　移動(dòng)終端的硬件部分主要包括ARM CPU控制模塊、CDMA Modem模塊以及電源模塊三部分，結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

　　LPC2292是Philips公司開發(fā)的支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的32位ARMTDM-S CPU，可在線進(jìn)行下載、調(diào)試。LPC2292微控制器通過Modem接口傳遞AT指令初始化CDMA模塊，使之附著在CDMA網(wǎng)絡(luò)上，通過撥號建立PPP連接，獲取網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商ISP動(dòng)態(tài)分配給移動(dòng)終端的IP地址，并與服務(wù)器固定IP之間建立Socket鏈接，一旦鏈接成功，移動(dòng)終端可以通過Modem接口向現(xiàn)場設(shè)備收發(fā)數(shù)據(jù)或指令。

　　CDMA無線模塊作為終端的無線收發(fā)模塊，把從ARM微控制器接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的協(xié)議處理后再轉(zhuǎn)發(fā)出去。CDMA無線模塊采用Wave COM公司的Q2358C模塊，Q2358C模塊是標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)級功能一體化應(yīng)用模塊，通過專門的60 pin的系統(tǒng)連接器與ARM CPU以及外圍電路進(jìn)行連接。

3.1 UIM卡接口設(shè)計(jì)

　　UIM卡是CDMA手機(jī)運(yùn)用中的一種智能卡。UIM卡提供了個(gè)人認(rèn)證信息可以允許MS (移動(dòng)終端)或者手機(jī)連接網(wǎng)絡(luò)，UIM卡允許用戶撥打、接收手機(jī)或者接收任何裝有UIM卡手機(jī)的預(yù)定服務(wù)。Q2358C模塊支持外部UIM卡，可以直接與3.0 VUIM卡或者1.8 V UIM卡相連接，模塊自動(dòng)監(jiān)測和適應(yīng)UIM卡類型，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用3.0 V UIM卡。UIM卡系統(tǒng)連接器上的UIM卡針定義，如表1所列。UIM與模塊接口電路設(shè)計(jì)如圖3所示。

3.2系統(tǒng)音頻部分設(shè)計(jì)

　　CDMA模塊提供了完整的音頻接口，設(shè)計(jì)時(shí)只需增加少量外圍輔助元件即可。音頻分為主通道和輔助通道，音頻設(shè)計(jì)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離模塊的射頻部分，以降低射頻對音頻的干擾。通過AT+CHFA命令切換主、副音頻通道，來電振鈴音則從蜂鳴器(BUZZER)中發(fā)出。音頻信號很容易受到干擾，輸人輸出走線應(yīng)盡可能細(xì)，以取得較好的共模噪聲和無線噪聲抑制效果。音頻電路使用的電源建議單獨(dú)使用一個(gè)電源模塊，主音頻輸入輸出通道的電路圖如圖4所示。麥克風(fēng)偏置電路應(yīng)盡量靠近60 pin的系統(tǒng)連接器，走線應(yīng)盡可能短。通過AT+CMIC命令調(diào)節(jié)模塊內(nèi)部音頻放大器的增益。為了抑制射頻噪聲，麥克風(fēng)必須直接并聯(lián)射頻抑制電容，系統(tǒng)連接器輸入端口也需要安裝部分射頻抑制電容，這些高頻抑制電容必須在800 MHz上自諧振。主通道差分方式輸出驅(qū)動(dòng)15 Ω的負(fù)載受話器，建議受話器技術(shù)指標(biāo)能達(dá)到：阻抗≥15 Ω，靈敏度為103 dB，功耗≤10 mW。

4移動(dòng)終端軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)軟件由上位機(jī)和下位機(jī)軟件、服務(wù)器應(yīng)用界面和數(shù)據(jù)庫3部分構(gòu)成，下位機(jī)軟件負(fù)責(zé)ARM微控制器與CDMA模塊間的串口通信，流程圖如圖5所示。

　　由于CDMA網(wǎng)絡(luò)的PDSN(分組數(shù)據(jù)服務(wù)結(jié)點(diǎn))與CDMA模塊通信遵循PPP協(xié)議，所以ARM微控制器也要實(shí)現(xiàn)一部分PPP協(xié)議才能與之對話。撥號后CDMA模塊首先與網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信鏈路協(xié)商，即協(xié)商點(diǎn)到點(diǎn)的各種鏈路參數(shù)配置。協(xié)商過程遵循LPC (Link Control Protocol)、PAP(Password Authentication Protocol)、IPCP(InternetProtocol Control Protocol)等協(xié)議。其中LCP協(xié)議用于建立、構(gòu)造、測試鏈路連接，PAP協(xié)議用于處理密碼驗(yàn)證，IPCP協(xié)議用于設(shè)置網(wǎng)絡(luò)協(xié)議環(huán)境，并分配IP地址，一旦協(xié)商完成，已創(chuàng)建鏈路，若IP地址已分配就可以按照協(xié)商標(biāo)準(zhǔn)傳輸IP報(bào)文。根據(jù)應(yīng)用不同，IP報(bào)頭攜帶可以是UDP報(bào)頭，也可以是TCP或ICMP報(bào)頭，本系統(tǒng)采用TCP報(bào)文傳遞數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)傳輸完畢，ARM微控制器向PDSN發(fā)送LCP的斷開連接報(bào)文，終止網(wǎng)絡(luò)連接。

　　數(shù)據(jù)終端登陸CDMA網(wǎng)絡(luò)并與PDSN網(wǎng)關(guān)通過LCP、PAP、IPCP協(xié)議進(jìn)行協(xié)商。ICP、PAP和CPCP協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)大同小異，最常用的是請求REQ、相應(yīng)ACK和拒絕NAK 3種幀。微控制器與PDSN進(jìn)行協(xié)商，二者都可以發(fā)送REQ幀，請求相關(guān)配置，若對方不能接收配置，則回應(yīng)NAK幀；如果能接收配置，則回應(yīng)ACK幀。

5 結(jié)束語

　　本文介紹了移動(dòng)終端在計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方法。除此之外，如果將ARM CPU的串口與GPS接收板的數(shù)據(jù)端相連，便可組成GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)及車輛調(diào)度系統(tǒng)；如果將ARM CPU的串口與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)端相連，便可組成遠(yuǎn)程無線采集及控制系統(tǒng)。因此，本設(shè)計(jì)方案應(yīng)用廣泛，可應(yīng)用于出租、公安、運(yùn)輸、水利等領(lǐng)域。