車(chē)載GSM無(wú)線(xiàn)通信電路設計分析—電路圖天天讀（285）

　　系統的總體結構與工作原理

　　該系統采用GPS技術(shù)對移動(dòng)目標進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，利用GSM數字移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行實(shí)時(shí)數據傳輸。整個(gè)系統是由GPS衛星定位系統和地面移動(dòng)通信系統兩大部分組成，而地面移動(dòng)通信系統是由指揮監控中心、車(chē)載移動(dòng)單元和GSM通信網(wǎng)絡(luò )三個(gè)部分組成。

　　車(chē)載移動(dòng)單元主要組成部分的設計

　　車(chē)載移動(dòng)單元是由主控制器CPU、GPS接收機、GSM無(wú)線(xiàn)通信模塊、功能控制單元（手柄）和液晶顯示屏組成，其結構原理如圖1所示。

　　圖1 車(chē)載移動(dòng)單元硬件結構原理圖

　　車(chē)載移動(dòng)單元通過(guò)GPS接收天線(xiàn)接收GPS衛星發(fā)射的定位信號，經(jīng)過(guò)CPU主控器處理，計算出車(chē)輛的日期、時(shí)間、經(jīng)緯度、速度和行駛方向等定位數據。主控制器CPU是核心，處理接收機發(fā)來(lái)的定位信息，將定位信息和監控中心發(fā)來(lái)的控制信息顯示在液晶屏上，并控制GSM模塊進(jìn)行短信息的收發(fā)，手柄控制單元實(shí)現遙控監聽(tīng)、請求服務(wù)、中文短信息接收及通話(huà)等功能。由于GSM無(wú)線(xiàn)模塊和GPS模塊都以串口通信方式與MCU相連，因此硬件設計較簡(jiǎn)單，在本設計中MCU選擇華邦公司的W77E58，是因為它帶有兩個(gè)串行口能同時(shí)與GSM模塊、GPS模塊進(jìn)行通信，并且它的指令完全兼容MCS-51，片內有32k flash MTP ROM，可編程的看門(mén)狗定時(shí)器等，采用它可以省去很多外圍元器件，提高了系統的穩定性。系統主控制器電路如圖3所示。

　　GSM無(wú)線(xiàn)通信

　　GPS車(chē)輛定位監控管理系統的通信方式有兩種：專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)和公眾GSM網(wǎng)。GPS/GSM車(chē)輛定位監控管理系統利用GSM短信息業(yè)務(wù)實(shí)現數據的雙向傳輸，短信息業(yè)務(wù)在移動(dòng)臺和移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心之間建立的是信令連接，具有優(yōu)先權，可通率極高，誤碼率極低。這是GSM公眾網(wǎng)帶來(lái)的專(zhuān)用網(wǎng)和集群網(wǎng)無(wú)法比擬的好處。短消息用于車(chē)輛監控最大的優(yōu)點(diǎn)在于建立連接簡(jiǎn)單，接續快，服務(wù)費用低，這適合定時(shí)把定位信息發(fā)送到監控中心。

　　圖2 系統主控制器電路

　　圖3 WM01-G900/1800外圍電路設計框圖

　　在實(shí)際應用中，我們選用WM02-G900/1800。它的外圍電路設計框圖如圖4所示，其相關(guān)的性能指標如表1所示。它與單片機之間采用標準的串行口進(jìn)行通信，通信的最高波特率可以達到 115 200b/s。GSM模塊與SIM卡之間主要通過(guò)SIMCLK和SIMDATA信號線(xiàn)進(jìn)行數據通信。為了保證發(fā)送短消息與短消息到達之間的時(shí)間間隔盡量短，選用的SIM卡最好是同一個(gè)電信運營(yíng)商提供的。在使用GPRS功能時(shí)，還需要選擇支持GPRS的SIM卡，并開(kāi)通GPRS服務(wù)。該模塊還支持驅動(dòng)兩路麥克風(fēng)、兩路揚聲器和一路蜂鳴器。其中一路麥克風(fēng)和揚聲器可以連到手柄的聽(tīng)筒上，以實(shí)現車(chē)載電話(huà)功能;另一路可以實(shí)現監聽(tīng)和免提功能，但這兩路不能同時(shí)工作，如果在通話(huà)中需用免提方式，可以通過(guò)AT指令：AT+SPEAKER=0或1進(jìn)行切換。

　　無(wú)線(xiàn)數據通信電路設計

　　無(wú)線(xiàn)數據通信電路主要擔負機動(dòng)車(chē)輛與固定基站系統進(jìn)行近距離的無(wú)線(xiàn)數據交換任務(wù)。由核心芯片 nRF401及其附屬元件組成。nRF401是雙信道、高性能、低功耗的專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信芯片，工作頻率為433.93/434.33MHz.工作電壓為 3.3v，最高通信速率為20kbps，可以直接與單片機串口相接，進(jìn)行異步通信，實(shí)現數據發(fā)送和接收。無(wú)需對數據進(jìn)行編碼。數據輸入端DIN與單片機的 TxD端相接，數據輸出 DOUT端與單片機的RXD端相接。在本電路中，通信速率設計為19.2 kbps.電路原理如圖所示。

　　圖4 無(wú)線(xiàn)數據通信單元電路

　　GSM通信模塊電路設計

　　GSM通信模塊采用SIEMENS的TC35I.TC35I是SIEMENS公司專(zhuān)為GSM通信設計的專(zhuān)用模塊。具有語(yǔ)音、數據、傳真和點(diǎn)對點(diǎn)短信功能，工作于EGSM 900和GSM 1800頻段，重僅10g，在3.5~4.8V范圍內均能正常T作。對AT Commands Interface Version 8.5所定義的主要指令都能很好地執行，另有擴展指令20多條。

　　TC35I接口由40芯電纜組成。其中1~5腳接電池的“+”端，6~10腳接電池的“-”端，11~12腳為直流電源輸入端，可輸入 8~20V/500mA的直流電。內部有自動(dòng)充電控制電路。15腳IGT為模塊開(kāi)機控制，31腳EMERGOFF為關(guān)機控制，都是低電平有效，也可以通過(guò)命令實(shí)現開(kāi)關(guān)機。17腳為振鈴輸出，18腳Rx為串行數據輸出，19腳TX為串行數據輸入，32腳為工作狀態(tài)指示燈輸出，24~29腳接SIM卡。與微處理器的接口電路如圖4所示。通信速率為19.2kbps.

　　圖5 TC35I與微處理器的接口電路

　　TC35I的全部指令可以從SIEMENS的網(wǎng)站上下載。車(chē)載用戶(hù)移動(dòng)交費系統由低成本的AT89C4051單片機組成，工作電源3.3V，基站由高速、高性能的77E58-40單片機完成無(wú)線(xiàn)數據通信與身份驗證功能。CCD車(chē)型識別由另外的獨立處理單元完成。

　　編輯點(diǎn)評：此文介紹了車(chē)載GSM無(wú)線(xiàn)通信系統的電路設計解析，無(wú)線(xiàn)數據通信電路設計由核心芯片 nRF401及其附屬元件組成，nRF401是雙信道、高性能、低功耗的專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信芯片。