【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 連接數(shù)據(jù)中心 , 一但 TCP 鏈路建立成功 , DTU 將發(fā)送首次注冊(cè)包 , 其中包含了 DTU 的基本信息 , 不同的廠家的 DTU 注冊(cè)包應(yīng)該不同。當(dāng) DTU 與數(shù)據(jù)中心在通信過(guò)程中 , 發(fā)生異常需要自動(dòng)重?fù)芴?hào) , 也會(huì)重新連接數(shù)據(jù)中心再發(fā)送注冊(cè)包。下面給了某個(gè)廠家的生產(chǎn)的 GPRS DTU 的注冊(cè)包幀格式。數(shù)據(jù)中心接收到注冊(cè)包后 , 就可以得到 DTU 所設(shè)置的 ID 號(hào)、所使用的 SIM 卡號(hào)、分配的 IP 地址。只有當(dāng)數(shù)據(jù)中心接 收、 分析完注冊(cè)包后 , 才可以確認(rèn) DTU 與數(shù)據(jù)中心建立通信連接 ,接下來(lái)就可以進(jìn)行穩(wěn)定的、可靠地?cái)?shù)據(jù)傳輸。 [9] 圖 31 DTU 寄存器數(shù)據(jù)包的幀格式 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的方案調(diào)查 本模塊在設(shè)計(jì)之前，對(duì)目前市場(chǎng)上已存在的產(chǎn)品和方案進(jìn)行了如下調(diào)查： （ 1） 廈門才茂 CM350P/CM350EP 是一款工業(yè)級(jí)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，通過(guò)移動(dòng)GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)為用戶提供短信透明數(shù)據(jù)傳輸和 I/O 端口檢測(cè) 報(bào)警的功能。該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)三層系統(tǒng)保護(hù)，包括軟件保護(hù)、 CPU 內(nèi)置看門狗 WDT 保護(hù)以及系統(tǒng)虛擬值守 VWM 檢測(cè)保護(hù)。支持 ，內(nèi)置 15KV ESD 保護(hù)。串口支持RS232/RS485/RS422，同樣內(nèi)置 15KV ESD 保護(hù)。通訊時(shí)的平均電流為 350mA，登網(wǎng)時(shí)的峰值電流為 1A。待機(jī)電流小于 35mA。電源輸入電壓范圍為 5V到 32V，波特率范圍從 110bps到 。 （ 2） WG8010 GPRS DTU 內(nèi)置工業(yè)級(jí) GPRS 無(wú)線模塊，提供標(biāo)準(zhǔn) RS232/485/422 數(shù)據(jù)接口，可以方便的連接 RTU、 PLC、工控機(jī)等設(shè)備，僅需一次性完成初始化配置，用戶設(shè)備就可以與服務(wù)器端通過(guò) GPRS 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和 Inter 網(wǎng)絡(luò)建立連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸；另外，用戶設(shè)備也可以利用 DTU 直接收發(fā)短信以及作為 GSM MODEM 連接上網(wǎng)。WG8010 支持 ，串口標(biāo)準(zhǔn)支持 RS232/485/422，同樣內(nèi)置 15KV的 ESD保護(hù)。通訊時(shí)的平均電流為 160~250mA，登網(wǎng)時(shí)的峰值電流為 2A。待機(jī)電流為 20~25mA。電源輸入電壓范圍為 5V到 24V。波特率范圍從 300bps 到 。 將模塊的設(shè)計(jì)要求與這兩個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)的一個(gè)大的優(yōu)勢(shì)在于輸入電壓要求大，能夠在更多的領(lǐng)域中應(yīng)用，適應(yīng)更加嚴(yán)格的要求。對(duì)于 SIM 卡以及串口，同樣都置有 15KV的 ESD 保護(hù)。本設(shè)計(jì)對(duì)天線部分進(jìn)行了阻抗匹配，能夠使信號(hào)更加穩(wěn)定。 用于 物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì) 7 電源輸入5 ~ 64 V電源管理芯片 電壓輸出二極管降壓電壓輸出工作指示燈M C U 微處理器電源模塊G P R S 模塊串口 U A R T 模塊S I M 卡程序下載接口第 4 章 概要設(shè)計(jì) 整體模塊框圖介紹 圖 41 整體 模塊框圖 本設(shè)計(jì)將分為四大部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別 是電源模塊、 MCU 通訊 處理器模塊、串口模塊以及 GPRS 無(wú)線 通信模塊。每個(gè) 模塊 分別設(shè)計(jì) ，然后組合在一起。 除了 串口模塊外，每個(gè)模塊都有獨(dú)立的工作指示燈，當(dāng)模塊正常工作時(shí)，不同的指示燈亮、滅、閃爍代表不同的工作狀態(tài)。 分模塊 框圖 介紹 電源模塊部分 按照設(shè)計(jì)要求，能夠?qū)崿F(xiàn) 5V到 64V的直流電壓輸入，使用電源管理 芯片 輸出固定的電壓值，比如 或者 5V，為 MCU 供電 。 然后 如果需要其他電壓值則再將輸出的電壓經(jīng)過(guò)二極管降壓， 其他部分供電，電源 工作指示燈為紅色 。 電源 模塊框圖如下： 圖 42 電源 模塊框圖 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 復(fù)位電路 M CU 模塊工作指示燈晶振電路I/ O 口G P R S 模塊工作指示燈V P A V B A T天線S I M MCU 模塊部分 為了將來(lái)能夠升級(jí)和擴(kuò)展，芯片采用 32 位通訊處理器。 MCU 部分 工作指示燈設(shè)置為綠色 MCU模塊 框圖如下： 圖 43 MCU 模塊框圖 GPRS 模塊部分 GPRS 部分包括 SIM 卡座 ，設(shè)計(jì)為 8 腳 。 對(duì)天線的控制，天線部分要注意 50 歐姆的阻抗匹配， 工作指示燈設(shè)置為黃色。 GPRS 模塊 框圖： 圖 44 GPRS 模塊框圖 用于 物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì) 9 RS 3 2 3 2M C U 143211T X DR X DR X DT X DTx +Tx Rx +Rx 串口模塊 串口 部分 采用 MAX3232 芯片，實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。 串口模塊 框圖： 圖 45 串口 模塊 框圖 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 第 5 章 電 路設(shè)計(jì) 本模塊原理圖設(shè)計(jì)是 在 ORCAD 環(huán)境下 完成， PCB 設(shè)計(jì) 是在 PADS 環(huán)境下 完成的 。 [7] MCU 模塊 芯片介紹 MCU 是以 ARM CortexM0 為內(nèi)核的微控制器，是 32 位的通訊處理器，廣泛應(yīng)用與工業(yè)控制以及需要較多通信接口的領(lǐng)域。 CortexM0 是 ARM 最新的 32 位嵌入式控制器，成本低廉，與傳統(tǒng)的 8 位微控制器相差不多。 MCU運(yùn)行頻率最高達(dá)到 50MHz，因此，可以應(yīng)用在各 種工業(yè)控制以及需要高性能 CPU的領(lǐng)域。 MCU 內(nèi)核具有一個(gè) 24 位的系統(tǒng)定時(shí)器，支持低功耗睡眠模式，內(nèi)建一組 LDO支持寬工作電壓范圍 ~。存儲(chǔ)器方面， 8K字節(jié) Flash 用于存儲(chǔ)用戶程序 （ APROM） ，4K 字節(jié) Flash 用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù) （ DataFlash） , 4K 字節(jié) Flash 用于存貯 ISP 引導(dǎo)代碼 （ LDROM）還有 4K 字節(jié) SRAM 用作內(nèi)部高速暫存存儲(chǔ)器。 芯片引腳 芯片共包含 48個(gè)引腳，引腳排布如圖 3 所示 圖 51 芯片 引腳圖 用于 物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì) 11 MCU 模塊原理圖 I C E_ C LKLE D _M C U24C0X_SDA24C0X_SCL工作狀態(tài)指示燈LE D 3LE D _G12Q4C 18 15BECR 13300RVC C 3V 8R 144K7LE D _M C UCN1C N _C ON 4/ N C1234VC C 3V 3 MCUU6M 05 2L QF P4 8M OS I _0 / AI N 5/ P1 . 51M I SO _0 / AI N 6/ P1 . 62SC LK 0/ AI N 7/ P1 . 73R ST4R X D / P3 . 05AVSS6T X D / P3 . 17I N T 0/ P3 . 28M C LK / I N T 1/ P3 . 39SD A/ T 0/ P3 . 410SC L/ T 1/ P3 . 511PW M / P4 . 312P3.6/WR/CKO13P3.7/RD14XTAL215XTAL116VSS17LDO_CAP18P2.0/AD8/PWM019P2.1/AD9/PWM120P2.2/AD10/PWM221P2.3/AD11/PWM322P2.4/AD12/PWM423P4.024P2 . 5/ AD 13 / PW M 525P2 . 6/ AD 14 / PW M 626P2 . 7/ AD 15 / PW M 727P4 . 4/ C S28P4 . 5/ AL E29P4 . 6/ I C E_ C LK30P4 . 7/ I C E_ D AT31P0 . 7/ AD 7/ SC LK 132P0 . 6/ AD 6/ M I SO _133P0 . 5/ AD 5/ M OS I _134P0 . 4/ AD 4/ SS 135P4 . 136P0.3/AD3/RTS037P0.2//AD2/CTS038P0.1/AD1/RTS139P0.0/AD0/CTS140VDD41AVDD42AIN0/T2/P1.043AIN1/T2/P1.144AIN2/RXD1/P1.245AIN3/TXD1/P1.346AIN4/SS0/P1.447P4.248C110uF/10VR310KVC C 3V 3CN2C N _C ON 4/ / N C1234I C E_ R STSW2SW / N C1234M C U _T X D 1M C U _R X D 1VC C 3V 3M C U _T X D 2M C U _R X D 2C320pFC220pFX112 M H z1 2C B110 uF / 10 VVC C 3V 3C522 0u F / 16 VC4100nFM C U _T X D 1I C E_ D ATMCU_TXD2GP R S_ R STGP R S_ T ER MSI M _D ET EC TMCU_RXD2M C U _R X D 1管腳順序可以根據(jù) PCB 進(jìn)行修改走線盡量短 圖 52 MCU 模塊 原理圖 設(shè)計(jì)注意點(diǎn) （ 1） 在 VDD 引腳與最近的地端接一個(gè) 100nF 的旁路電容，以及一個(gè) 220μ F 的濾波電容。如圖 C4 和 C5 所示。 （ 2） 為了確保電源的穩(wěn)定性，在 LDO 與最近的地端之間接一個(gè) 1μ F 或者更大的電容，本設(shè)計(jì)接 10μ F。如圖 CB1 所示。 （ 3） 在 PCB 設(shè)計(jì)中，為了保證 VDD 的穩(wěn)定性， C4 和 C5 盡量靠近 MCU 的 VDD 腳，走線盡量短。 電源模塊 在模塊設(shè)計(jì)中，需要 和 ，而輸入電壓要求達(dá)到 5~64V。 為了得到可靠的穩(wěn)定電壓 且具備如此大的輸入電壓范圍， 選用降壓型電源管理集成電路LM2596 開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器。 LM2596 能夠輸出 3A的驅(qū)動(dòng)電路，具有良好的線性及負(fù)載調(diào)節(jié)特性，其固定輸出版本有 、 5V以及 12V，可調(diào)輸出版本可以輸出小于 37V 的各種電壓。由于本設(shè)計(jì)需要輸出 ，故采用可調(diào)輸出版本。 LM2596 可調(diào)輸出版本電壓范圍為 ~37V177。 4%，輸出線性良好且負(fù)載可調(diào)節(jié)，輸出電流最高可達(dá) 3A，輸入電壓最高可達(dá) 64V，采用 150KHz 的內(nèi)部震蕩頻率，功耗小，效福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 率高，具有過(guò)熱保護(hù)和限流保護(hù)功能。 引腳功能： 表 51 引腳 功能 符號(hào) 描 述 VIN LM2596 的正電源輸入端 OUTPUT 內(nèi)部開關(guān)管輸出端 GND 接地端 FEEDBACK 該管腳把輸出端的電壓反饋到閉環(huán)反饋回路 ON/OFF 該管腳的電壓下拉到低于大大約 時(shí)，LM2596 就被打開；而上拉到高于 （最大到 25V）時(shí)， LM2596 就被關(guān)斷。 電源模塊原理圖 加粗加粗 F B512 0R / 10 0M H z12+C 3622 0u F / 5 0V12V o = V r e f ( 1 + R 6 / R 5 )具體值和器件有關(guān) V r e f = 1 . 2 3 V1 . 2 ~ 2 . 5 3 . 8 V1 . 2 ~ 3 4 . 2 V3 ~ 6 . 2 3 . 8 v V r e f = 1 . 2 4LE D 2LE D _R / 電 源 指 示 燈12