无线数据传输系统设计 - 全文

移动监测系统一般由数据采集设备、终端管理计算机、监控中心组成，它可将数据采集设备安装于可移动载体，从而将现场采集到的数据经终端管理计算机处理后，通过无线数据传输通道传送到监控中心，以便监控中心随时了解现场的状况，从而实现远程无线移动监测。考虑到实际应用的需要，本文设计了一种基于CDMA或GPRS的网络数据传输系统。该系统可根据传输要求的不同更换相应模块，从而完成更多功能。

1 无线数据传输方式

　　本文采用的是高性能的微处理器LPC2210，该器件可以广泛应用在工业、民用无线数据传输领域，特别适用于一些难于布线的地区和边远地区。设计采用的 CDMA无线数据传输模块采用华为EM200，并通过标准RS232接口与处理器相连。本文介绍的是如何传送用户数据信息。实际上，用户数据信息只是整个信息传输管理系统的一个应用，通过更换不同的数据源模块可实现不同的信息传输，从而构成不同的信息传输管理系统，如远程抄表系统、水文数据采集系统等等。

　　2 组网方案

　　M2M(机器到机器)数据传输方式目前在多个行业中都有着广泛的应用，它可通过数据采集终端对分布于各地的数据进行采集，并将采集到的数据通过通用接口链接到CDMA无线传输模块，再通过它对数据进行透明传输，将相应数据发送到相应的数据中心。图1所示是基于CDMA的移动无线数据传输系统的结构原理图。无线数据传输系统与用户的数据中心之间一般可通过TCP/UDP建立数据连接。用户的数据中心作为通信的服务端，具有公用的固定IP，并指定侦听端口。无线数据传输系统中的数据传输模块可设定为上电自动拨号，如果无线数据传输系统与用户的数据中心之间采用TCP协议传输数据。则自动与服务器建立TCP连接。

　　3 无线数传终端的硬件组成

　　无线数传终端的硬件部分主要包括ARM CPU控制模块、CDMA Modem模块及电源三部分，其硬件连接关系和结构框图如图2所示。

　　LPC2210是Philips公司的一款16/32位ARM7TDMI-S CPU微控制器。它是基于ARM通用体系结构的RISC微处理器，具有低成本、低功耗、高性能等优点。通常通过RS232/485口接收到用户数据并将数据打成IP包后，可利用EM200模块接入CDMA网络，然后通过各种网关和路由将数据发送到外部网络或者数据处理中心。嵌入式CPU芯片是整个数据采集终端的核心，它不仅要能支持嵌入式操作系统，而且要提供Modem接口用于对CDMA的控制;EM200模块主要完成无线上网功能，它可通过RS232接口与ARM CPU的Modem接口进行连接，以完成对模块的控制(比如拨号和切换模式等)。一旦通过模块连接上Internet，那么，采集到的数据就可以用 TCP/IP传输方式发送到任意一个具有公网IP地址的主机上去，从而实现数据的无线传输。

　　3.1 UIM卡接口设计

 　EM200型CDMA无线数据传输模块集成有符合IS07816-3标准的UIM卡接口，通过PCB的走线可以连接到模块B2B连接器上。从而为外部UIM卡座提供UIM卡接口信号。EM200型CDMA无线数据传输模块可支持并能够自动检测3.0V和1.8V的UIM卡，本设计用到的是3.0V的UIM卡。表1所列是系统连接器上的UIM卡针的接口定义。

　　考虑到EMC(Electromagnetic Compatibility电磁兼容性)的要求，在设计中可将UIM卡座尽量设计到离EM200无线数据传输模块接口较近的位置，这样可以避免因为走线过长而引起的波形变形，降低对信号通信和数据传输的影响。在实际设计中，可在UIM-VCC和UIM-GND之间并联一个0.1μF的电容，并在UIM- CLK、UIM-IO、UIM-RST与UIM-GND之间并联一个33p的电容，这样可以滤除射频信号的干扰。同时应在UIMCL-K、UIM-IO、 UIM-RST走线上串联33Ω的电阻。UIM与EM200模块的接口电路连接关系图如图3所示。

　　3.2 系统音频部分设计

　　EM200模块提供有完整的音频接口，设计时只需要增加少量外围辅助元器件即可。音频分为主通道和辅助通道两部分。此外，音频设计也应该尽量远离模块的射频部分，以降低射频对于音频的干扰。由于第一路音频输入输出通道(MICI-P、MICI-N;EARl-P、EARl-N)全部为差分信号，所以在具体的PCB布线时，必须满足差分信号走线的要求，并且走线要尽可能的短，以避免射频信号对音频产生干扰。如果仅使用一路音频通道，那么，最好使用第一路主音频通道。其主音频输入输出通道的设计电路如图4所示。

　　3.3 系统状态指示灯设计

　　为了更直观的了解无线数据传输系统的工作状态。本系统设计了由EM200 CDMA无线数据传输模块LPG管脚控制的LED灯来作为指示网络状态的标志。并通过转台指示灯闪烁模式的不同来表示不同的网络状态。实际设计中，LPG 管脚不能直接驱动LED，而需要配合三极管使用，具体的状态指示灯电路如图5所示。

　　4 移动终端软件设计

　　本系统的软件由上位机和下位机软件、服务器应用界面和数据库三部分构成，下位机软件负责ARM微控制器与CDMA模块之间的串口通信，其流程图如图6所示。

　　要使得无线数据传输系统能够正确的传送数据，就必须顺利接入网络。无线数据传输系统需要登陆CDMA网络并与PDSN网关通过LCP、PA-P、IPCP 协议进行协商。其中LCP、PAP和IPCP协议的帧结构大同小异，最常用的是请求REQ、响应ACK和拒绝NAK三种帧。LPC2210微控制器与 PDSN各为一方进行协商，任何一方都可以发送REQ帧来请求某方面的配置，另一方认为不能接受配置，则会回应NAK帧;如果可以接受，则回应ACK帧。