CDMA短信息實(shí)現數據的無(wú)線(xiàn)傳輸

　　1 系統設計

　　本系統主要是利用cdma移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )的短信息業(yè)務(wù)完成數據的無(wú)線(xiàn)傳輸,免去了現場(chǎng)組網(wǎng)的初期建設費用以及日后的網(wǎng)絡(luò )維護費用。通過(guò)數據終端,將采集到的現場(chǎng)數據以短信息的形式發(fā)送到監控中心,在監控中心進(jìn)行數據處理、存儲、并提供相應的查詢(xún)、統計、報表功能。監控中心也可以通過(guò)向數據終端發(fā)送短信息,設定監控終端配置信息或控制命令,更新數據終端的實(shí)時(shí)數據。系統組成包括現場(chǎng)設備、采集器、數據終端、監控中心。原理框圖如圖1所示。

　　2 數據終端的硬件設計

　　數據終端采用cygnal c8051f020作為控制主芯片,該芯片具有集成度高、功耗低(供電電壓為2.7～3.6v,典型工作電流為12ma,并具有多種節電休眠和停機模式)、處理能力強(采用流水線(xiàn)結構,機器周期由標準的12個(gè)系統時(shí)鐘周期降為1個(gè)系統時(shí)鐘周期,峰值性能可達25mips)的特點(diǎn),使其很適合應用于需要高可靠性、低功耗的控制系統中。cygnal c8051f為兼容：mcs-51內核的單片機,內置64kb flash程序存儲器和4352b數據ram,具有2個(gè)雙全工的uart。正是利用這2個(gè)串口實(shí)現了單片機與手機模塊和pc機的同時(shí)通訊。數據終端硬件結構框圖如圖2所示。

　　2.1 通信單元電路設計

　　通信單元采用cdma無(wú)線(xiàn)模塊來(lái)實(shí)現。cdma無(wú)線(xiàn)模塊作為終端的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊,把單片機接收到的數據信息進(jìn)行編碼后以短信息的格式發(fā)送出去。cdma的無(wú)線(xiàn)模塊采用zteit的mg801a模塊,mg801a-cdma模塊是內置軟件支持cdma2000 1x rev0標準和gota協(xié)議的工業(yè)級應用模塊,工作頻段為800mhz。能完成語(yǔ)音、數據、傳真、短信息服務(wù)以及多種附加業(yè)務(wù)的功能。具有容量大、輻射小、低功耗、體積小等特點(diǎn)。模塊通過(guò)80腳的插座與外圍電路進(jìn)行接口,電路如圖3所示。該模塊的供電電壓為3.3～4.25v,典型值為3.8v。

　　2.1.1 開(kāi)關(guān)機控制

　　有兩種方法可以使模塊開(kāi)機,第一種方法是通過(guò)系統連接器上的on/off引腳,第二種方法是使用外部充電器。

　　系統連接器上的第51引腳是on/off引腳,在此引腳上加一瞬時(shí)低電平會(huì )使模塊開(kāi)機,模塊關(guān)機是通過(guò)at指令實(shí)現的,關(guān)機指令為at+zpwroff。第二種方法是使用外部充電器為模塊供電,如果外部電壓同時(shí)加于v_main(pin 71,72,73,74,75)和vchg(pin 79)就會(huì )使模塊開(kāi)機,當充電電源移走后,模塊會(huì )關(guān)機。

　　2.1.2通訊

　　mg801a模塊提供串行異步通訊接口uart(他與串口的數據通訊遵從rs232接口協(xié)議),因為單片機與模塊都是3v左右的供電電壓,都符合ttl電平標準,所以可以直接連接,實(shí)現通訊功能。

　　2.1.3 uim卡

　　uim卡是cdma手機運用的一種智能卡。uim卡提供個(gè)人認證信息,可以允許ms或手機連接網(wǎng)絡(luò )。uim卡可以允許用戶(hù)撥打或接聽(tīng)電話(huà)和收發(fā)短信息。uim卡固定在卡座上,通過(guò)卡座的6個(gè)引腳與外部連接。mg801a模塊為了減少功耗為uim提供了一個(gè)使能引腳,在此可以不用,使uim卡一直處于工作狀態(tài)。

2.2 穩壓電源電路

　　數據終端的工作電壓為5 v dc。另外,電源的指標不僅僅有電壓的要求,而且功率容限等指標都要滿(mǎn)足要求。故采用圖4的設計方案。在該系統中,開(kāi)關(guān)電源芯片lm7805完成12v到5v的轉換,加兩個(gè)二極管起降壓保護的作用,為模塊供電。電源電路主要由lm7805和as117—3.o這兩個(gè)三端穩壓電源模塊構成,電源模塊as117—3.o接收l(shuí)m7805輸入的5v電壓,輸出為整個(gè)單片機系統和uim卡的3v供電電壓。電源的輸出基本不會(huì )受外部輸入變動(dòng)的干 擾,而且有效地消除了電磁干擾。

　　2.3 單片機外圍電路

　　單片機采用cygnal公司的帶雙串口的c8051f020,一方面實(shí)現了對無(wú)線(xiàn)模塊的初始化和控制,另一方面實(shí)現了與帶有標準rs232串口的通訊。需要說(shuō)明的是要加電平轉換電路,把ttl電平轉化為rs232電平,在本設計中選用的是sp3223芯片。c8051f020單片機在功能、性能上比以往的傳統單片機有了很大的提高,但復位和時(shí)鐘電路和以前單片機沒(méi)有區別。增加了jtag接口,能實(shí)現在線(xiàn)下載,在下調試功能,從而使整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程簡(jiǎn)單、可靠。

　　3 系統軟件設計與實(shí)現

　　系統軟件設計就在于單片機的編程,通過(guò)向mg801a模塊發(fā)送不同的at指令來(lái)實(shí)現不同的功能,如讀取短信息的內容,刪除短信息、列出模塊中還未讀的短信息等。下面主要介紹at指令和雙串口cpu同時(shí)通訊的實(shí)現。

　　3.1 at指令

　　at(attention)指令最初由hayes公司推出,主要用于對調制解調器的控制,現在已演化為一種標準,所有移動(dòng)模塊都支持at指令。雖然不同廠(chǎng)家的手機模塊都參照gsm協(xié)議,但格式還是有所不同,開(kāi)發(fā)過(guò)程中一定要認真參考廠(chǎng)家給的資料。同時(shí)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中發(fā)現指令的執行過(guò)程需要單片機與手機交互應答完成,每一次發(fā)送或接收的字節數有嚴格的規定,二者必須依據這些規定實(shí)現數據交換,否則,通信就是失敗的。筆者經(jīng)過(guò)對幾種手機模塊反復測試,總結出一些規律,以下是對幾個(gè)問(wèn)題的說(shuō)明：

　　所有at指令的指令符號、常數、pdu數據包等都是以ascⅱ編碼形式傳送的,比如“a”的ascⅱ編碼為41h,“t”的ascⅱ編碼為54h數字,“o”的ascⅱ編碼為30h等。

　　單片機控制手機工作,如果要發(fā)送中文短信,使用的是gsm模塊必須短信息工作模式設置為pdu格式,即通過(guò)指令at+cmgf=0完成。使用mg801a模塊必須設置為中文unicode碼格式,即通過(guò)at+zmsgl=6,4完成。

　　單片機向手機發(fā)送一條指令后,必須以回車(chē)符作為該條指令的結束,回車(chē)的ascⅱ編碼為odh,回車(chē)符表示該條指令結束,如果沒(méi)有這個(gè)回車(chē)符,手機將不識別這條指令。

　　當手機接收到一條完整的at指令后,手機并不立即執行這條指令,而是：先把剛才接收到的at指令的全部ascⅱ編碼序列全部反發(fā)送出來(lái)(含odh);其次發(fā)送一個(gè)回車(chē)符和換行符的ascⅱ編碼,即odh和oah;最后才執行該條指令。

　　3.2 單片機雙串口同時(shí)通訊的實(shí)現

　　由于c8051f020單片機實(shí)現和上位機與手機模塊的同時(shí)通訊,所以采用一片具有雙串口的cpu,該cpu具有2個(gè)串口和2個(gè)串口中斷,串口1中斷處理與上位機的通訊,串口2中斷處理與手機模塊的通訊,串口1中斷設置為高優(yōu)先級中斷,每接收到或發(fā)送完1個(gè)字節都進(jìn)人中斷處理,處理完畢立即退出中斷,通訊波特率都為115 200 b/s,1個(gè)起始位和1個(gè)停止位。

　　編程語(yǔ)言采用c51語(yǔ)言,盡量采用模塊化、結構化、對象化編程,使串口通訊程序和其他程序之間、2個(gè)串口通訊程序之間相互獨立,以減少發(fā)生錯誤的機會(huì )。另外在串口通訊中,還要增加通訊超時(shí)處理機制,中斷處理中要注意數據和程序狀態(tài)的保護,完善出錯處理程序等。同時(shí)要解決時(shí)間沖突問(wèn)題,硬件接收或發(fā)送一個(gè)字節的時(shí)間與軟件接收或發(fā)送一個(gè)字節的時(shí)間有很大的不同,這就為雙串口同時(shí)通訊提供了條件。其次要解決數據沖突問(wèn)題,2個(gè)串口通訊分別使用各自的接收發(fā)送數據緩沖區和控制變量,以減少中斷保護數據量和防止數據沖突。當主程序、串口2中斷處理程序和其他中斷處理程序向存儲器(與上位機的通訊用存儲器)中寫(xiě)數據時(shí),需在盡量短的時(shí)間內關(guān)閉串口1中斷,關(guān)閉中斷時(shí)間應小于幾μs,防止其他程序數據沒(méi)有寫(xiě)完之前串口1讀此數據。

　　4 結語(yǔ)

　　無(wú)線(xiàn)接入以其方便、快捷和廉價(jià)的優(yōu)勢,彌補了有線(xiàn)方式的不足。覆蓋全國的cdma網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)成為一種可持續利用和開(kāi)發(fā)的資源,因而在此基礎上利用cdma的短信息業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足需要的無(wú)線(xiàn)接入產(chǎn)品已成為可能。