GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊MC35i及其外圍電路設計

隨著(zhù)信息技術(shù)的迅速發(fā)展，無(wú)線(xiàn)遠程監控技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應用，采用先進(jìn)的GPRS技術(shù)的無(wú)線(xiàn)監控管理系統，集計算機、通信、機電、自動(dòng)控制等多種先進(jìn)技術(shù)于一體，成功實(shí)現了對無(wú)線(xiàn)分布式系統的實(shí)時(shí)監控管理和靈活部署，解決了傳統控制由于沒(méi)有通訊功能，而無(wú)法實(shí)現集中監控的問(wèn)題，以及沒(méi)有或無(wú)法解決實(shí)時(shí)大數據量處理的問(wèn)題。因此移動(dòng)終端的設計也逐漸倍受關(guān)注，本文提及的MC35i模塊屬于無(wú)線(xiàn)通訊核心模塊，是結合語(yǔ)音、數據傳輸、簡(jiǎn)訊服務(wù)及傳真等功能的高科技產(chǎn)品。此模塊功能強大，利用此無(wú)線(xiàn)模塊的通訊產(chǎn)品便能夠很好地在客戶(hù)端進(jìn)行系統整合的規劃。目前該無(wú)線(xiàn)模塊的應用領(lǐng)域比較廣泛，主要包括：

　　(1)移動(dòng)應用，如個(gè)人數字助理、智能型手機、上網(wǎng)板、及筆記型計算機；

　　(2)交通運輸，如衛星定位系統、交通控制系統、車(chē)隊管理系統、汽車(chē)保安系統等；

　　(3)工業(yè)用途，如無(wú)線(xiàn)公用電話(huà)、無(wú)線(xiàn)遠程監控系統、遠程儀器電表傳訊等。

　　文中所述的設計結合單片機或者ARM嵌入式控制可以完成GPRS數據流傳輸短消息收發(fā)、語(yǔ)音傳輸、與Pc機進(jìn)行數據傳輸等功能，已應用在基于GPRS數據傳輸的電力線(xiàn)監控系統中。

　　1 MC35i模塊

　　MC35i是Siemens公司推出的新一代無(wú)線(xiàn)通信GPRS模塊，可以快速安全可靠地實(shí)現系統方案中的數據、語(yǔ)音傳輸、短消息服務(wù) (Short Message Service)和傳真。模塊的工作電壓為3.3～4.8 V，可以工作在900 MHz和1800 MHz兩個(gè)頻段，所在頻段功耗分別為2W(900 M)和1W(1800 M)。該模塊包括了前期版本TC35的所有功能，同時(shí)新增加了快速的GPRS技術(shù)，采用GPRS分時(shí)復用的CLASS 8標準，具有始終在線(xiàn)的功能且理論上傳輸速率最高可達171.2 kb/s，通信傳輸時(shí)延較小，最長(cháng)不超過(guò)3s。

　　模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三組的二類(lèi)傳真、以及2.4k，4.8k，9.6k的非透明模式。此外，該模塊還具有電話(huà)簿功能、多方通話(huà)，漫游檢測功能，常用工作模式有省電模式、IDLE、TALK等模式。通過(guò)獨特的40引腳的ZIF連接器，實(shí)現電源連接、指令、數據、語(yǔ)音信號、及控制信號的雙向傳輸。通過(guò)ZIF連接器及50Ω天線(xiàn)連接器，可分別連接SIM卡支架和天線(xiàn)。

　　MC35i模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線(xiàn)接口六部分組成。作為MC35i的核心，基帶處理器主要處理GSM終端內的語(yǔ)音、數據信號，并涵蓋了蜂窩射頻設備中的所有的模擬和數字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持FR、HR 和EFR語(yǔ)音信道編碼。具體結構可參考圖1。

圖1 MC35i功能框圖

　　2 外圍應用電路

　　MC35i模塊的正常運行需要相應的外圍電路與其配合。MC35i共有40個(gè)引腳，通過(guò)ZIF連接器分別與電源電路、啟動(dòng)與關(guān)機電路、數據通信電路、語(yǔ)音通信電路、SIM卡電路、指示燈電路等連接。

　　(1)啟動(dòng)電路

　　啟動(dòng)電路由開(kāi)漏極三極管和上電復位電路組成。模塊上電10 ms后(電池電壓須大于3 V)，為使之正常工作，必須在15腳(/IGT)加時(shí)長(cháng)至少為100ms的低電平信號，且該信號下降沿時(shí)間小于1 ms。啟動(dòng)后，15腳的信號應保持高電平。如2圖所示，為啟動(dòng)電路產(chǎn)生的信號，從中可以看出10 m8的延時(shí)和100 ms的低電平。

圖2 啟動(dòng)信號下降沿

　　根據上面的分析，設計啟動(dòng)部分的參考電路如下：

圖3 啟動(dòng)電路

　　如圖3所示，當Power ON腳電壓由低變高時(shí)，電容C1被充電左負右正。電流方向為逆時(shí)針?lè )较?，此時(shí)電阻R1的電壓上正下負(當UR1≥0.7 V時(shí))使Q1的發(fā)射結正偏，晶體管處于導通狀態(tài)，IGT腳處于低電平。當POWER ON腳電壓由高變低時(shí)。電容C1開(kāi)始放電，此時(shí)電阻R1的電壓上負下正使Q1的發(fā)射結反偏，晶體管截止，IGT腳處于高電平。顯然IGT腳在 POWERON腳電壓由低變高時(shí)處于低電平，GPRS模塊開(kāi)機。根據引腳要求IGT腳電平在處于下降沿并保持低電平100 ms≤t≤1s后跳到高電平。所以這里對C1的容值，R1、R2、R3的阻值就有要求了，這時(shí)需要調整C1的電容值，R1、R2的阻值以滿(mǎn)足開(kāi)機條件。為了方便說(shuō)明，模塊開(kāi)機電路電路圖可以簡(jiǎn)化如下：如圖4所示，開(kāi)關(guān)由a投向b，并在t=0前開(kāi)關(guān)與a端相連時(shí)間足夠長(cháng)達到穩態(tài)，即Uc(0-)=0。由于電容電壓不能跳變，在開(kāi)關(guān)投到b的瞬間，電容電壓仍為零。即C(0+)=0。且t≥0時(shí)RC電路與電源相接，因此可以認為是求零狀態(tài)響應的問(wèn)題。

圖4 啟動(dòng)電路簡(jiǎn)介圖

　　當開(kāi)關(guān)投向b后電容電壓從零值開(kāi)始充電，電壓逐漸上升，最后應趨于穩態(tài)值 。穩態(tài)值是根據“電容相當于開(kāi)路”而確定為Us的。根據這樣的考慮，得出：

電容上的電壓上升，而電阻上的電壓逐漸下降，當R1上的電壓降到0.7 V時(shí)，三極管將截止，因而要算出R1的電壓降到0.7 V時(shí)的時(shí)間。

　　UR1=i(t)×R1 (2)
　　由式1，2得：0.7= 5/(200×103)e-1/200×200×103。解得：t=255 ms。其中：r=R總×C+；R總=R1+R2=200Ω ；r=R總×C+=200×103 ×106=200 ms?？芍?00 ms≤255 ms≤1s符合系統要求。

　　(2)數據通信電路

　　數據通信電路主要完成GPRS數據流傳輸、短消息收發(fā)、與PC機通信、軟件流控制等功能。MC35i的數據接口采用串行異步收發(fā)，符合 ITU.T RS.232接口電路標準，工作在CMOS電平(2.65 V)。數據接口配置為8位數據位、1位停止位、無(wú)校驗位，可以在300 bps-115 kbps的波特率下運行，支持的自動(dòng)波特率為4.8 kbps―115 kbps(14.4 kbps和28.8 kbps除外)。MC35i模塊還支持RTS0/CTS0的硬件握手和XON/XOFF的軟件流控制。