隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展,，無線遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，采用先進(jìn)的GPRS技術(shù)的無線監(jiān)控管理系統(tǒng),，集計算機,、通信、機電,、自動控制等多種先進(jìn)技術(shù)于一體,，成功實現(xiàn)了對無線分布式系統(tǒng)的實時監(jiān)控管理和靈活部署。

　　解決了傳統(tǒng)控制由于沒有通訊功能,，而無法實現(xiàn)集中監(jiān)控的問題,，以及沒有或無法解決實時大數(shù)據(jù)量處理的問題。因此移動終端的設(shè)計也逐漸倍受關(guān)注,。

　　本文提及的MC35i模塊屬于無線通訊核心模塊,，是結(jié)合語音、數(shù)據(jù)傳輸,、簡訊服務(wù)及傳真等功能的高科技產(chǎn)品,。此模塊功能強大，利用此無線模塊的通訊產(chǎn)品便能夠很好地在客戶端進(jìn)行系統(tǒng)整合的規(guī)劃,。目前該無線模塊的應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛,，主要包括：

　　（1）移動應(yīng)用,，如個人數(shù)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(wèi)星定位系統(tǒng),、交通控制系統(tǒng),、車隊管理系統(tǒng)、汽車保安系統(tǒng)等,；

　?。?）工業(yè)用途，如無線公用電話,、無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),、遠(yuǎn)程儀器電表傳訊等。

　　文中所述的設(shè)計結(jié)合單片機或者ARM嵌入式控制可以完成GPRS數(shù)據(jù)流傳輸短消息收發(fā),、語音傳輸,、與Pc機進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽褢?yīng)用在基于GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娏€監(jiān)控系統(tǒng)中,。

　　1 MC35i模塊

　　MC35i是Siemens公司推出的新一代無線通信GPRS模塊,，可以快速安全可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸,、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，同時新增加了快速的GPRS技術(shù),，采用GPRS分時復(fù)用的CLASS 8標(biāo)準(zhǔn),，具有始終在線的功能且理論上傳輸速率最高可達(dá)171.2 kb/s，通信傳輸時延較小,，最長不超過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,，該模塊還具有電話簿功能,、多方通話，漫游檢測功能,，常用工作模式有省電模式,、IDLE、TALK等模式。

　　通過獨特的40引腳的ZIF連接器,，實現(xiàn)電源連接,、指令、數(shù)據(jù),、語音信號,、及控制信號的雙向傳輸。通過ZIF連接器及50Ω天線連接器,，可分別連接SIM卡支架和天線,。

　　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(nèi)的語音,、數(shù)據(jù)信號,，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下,，可支持FR,、HR 和EFR語音信道編碼。具體結(jié)構(gòu)可參考圖1,。

　　圖1 MC35i功能框圖

　　2 外圍應(yīng)用電路

　　MC35i模塊的正常運行需要相應(yīng)的外圍電路與其配合,。MC35i共有40個引腳，通過ZIF連接器分別與電源電路,、啟動與關(guān)機電路,、數(shù)據(jù)通信電路、語音通信電路,、SIM卡電路,、指示燈電路等連接。

　?。?）啟動電路

　　啟動電路由開漏極三極管和上電復(fù)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）加時長至少為100ms的低電平信號,，且該信號下降沿時間小于1 ms。啟動后,，15腳的信號應(yīng)保持高電平,。如2圖所示,，為啟動電路產(chǎn)生的信號，從中可以看出10 m8的延時和100 ms的低電平,。

　　圖2 啟動信號下降沿

　　根據(jù)上面的分析,，設(shè)計啟動部分的參考電路如下：

　　圖3 啟動電路

　　如圖3所示，當(dāng)Power ON腳電壓由低變高時,，電容C1被充電左負(fù)右正,。電流方向為逆時針方向，此時電阻R1的電壓上正下負(fù)（當(dāng)UR1≥0.7 V時）使Q1的發(fā)射結(jié)正偏,，晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài),，IGT腳處于低電平。當(dāng)POWER ON腳電壓由高變低時,。電容C1開始放電,，此時電阻R1的電壓上負(fù)下正使Q1的發(fā)射結(jié)反偏，晶體管截止,，IGT腳處于高電平,。

　　顯然IGT腳在 POWERON腳電壓由低變高時處于低電平，GPRS模塊開機,。根據(jù)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，這時需要調(diào)整C1的電容值,，R1,、R2的阻值以滿足開機條件。

　　為了方便說明,，模塊開機電路電路圖可以簡化如下：如圖4所示,，開關(guān)由a投向b，并在t=0前開關(guān)與a端相連時間足夠長達(dá)到穩(wěn)態(tài),，即Uc（0-）=0,。由于電容電壓不能跳變，在開關(guān)投到b的瞬間,，電容電壓仍為零。即C（0+）=0,。且t≥0時RC電路與電源相接,，因此可以認(rèn)為是求零狀態(tài)響應(yīng)的問題。

　　圖4 啟動電路簡介圖

　　當(dāng)開關(guān)投向b后電容電壓從零值開始充電,，電壓逐漸上升,，最后應(yīng)趨于穩(wěn)態(tài)值 ,。穩(wěn)態(tài)值是根據(jù)“電容相當(dāng)于開路”而確定為Us的。根據(jù)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(dāng)R1上的電壓降到0.7 V時,，三極管將截止,，因而要算出R1的電壓降到0.7 V時的時間。

　　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(tǒng)要求,。

　　隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，無線遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用,，采用先進(jìn)的GPRS技術(shù)的無線監(jiān)控管理系統(tǒng),，集計算機、通信,、機電,、自動控制等多種先進(jìn)技術(shù)于一體，成功實現(xiàn)了對無線分布式系統(tǒng)的實時監(jiān)控管理和靈活部署,。

　　解決了傳統(tǒng)控制由于沒有通訊功能,，而無法實現(xiàn)集中監(jiān)控的問題，以及沒有或無法解決實時大數(shù)據(jù)量處理的問題,。因此移動終端的設(shè)計也逐漸倍受關(guān)注,。

　　本文提及的MC35i模塊屬于無線通訊核心模塊，是結(jié)合語音,、數(shù)據(jù)傳輸,、簡訊服務(wù)及傳真等功能的高科技產(chǎn)品。此模塊功能強大,，利用此無線模塊的通訊產(chǎn)品便能夠很好地在客戶端進(jìn)行系統(tǒng)整合的規(guī)劃,。目前該無線模塊的應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，主要包括：

　?。?）移動應(yīng)用,，如個人數(shù)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(wèi)星定位系統(tǒng),、交通控制系統(tǒng)、車隊管理系統(tǒng),、汽車保安系統(tǒng)等,；

　　（3）工業(yè)用途,，如無線公用電話,、無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程儀器電表傳訊等,。

　　文中所述的設(shè)計結(jié)合單片機或者ARM嵌入式控制可以完成GPRS數(shù)據(jù)流傳輸短消息收發(fā),、語音傳輸、與Pc機進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，已?yīng)用在基于GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娏€監(jiān)控系統(tǒng)中,。

　　1 MC35i模塊

　　MC35i是Siemens公司推出的新一代無線通信GPRS模塊，可以快速安全可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù),、語音傳輸,、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,，同時新增加了快速的GPRS技術(shù),，采用GPRS分時復(fù)用的CLASS 8標(biāo)準(zhǔn)，具有始終在線的功能且理論上傳輸速率最高可達(dá)171.2 kb/s,，通信傳輸時延較小,，最長不超過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,，該模塊還具有電話簿功能,、多方通話，漫游檢測功能,，常用工作模式有省電模式,、IDLE、TALK等模式,。

　　通過獨特的40引腳的ZIF連接器,，實現(xiàn)電源連接、指令,、數(shù)據(jù),、語音信號、及控制信號的雙向傳輸,。通過ZIF連接器及50Ω天線連接器,，可分別連接SIM卡支架和天線。

　　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(nèi)的語音,、數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能,。在不需要額外硬件電路的前提下,，可支持FR、HR 和EFR語音信道編碼,。具體結(jié)構(gòu)可參考圖1,。

　　圖1 MC35i功能框圖

　　2 外圍應(yīng)用電路

　　MC35i模塊的正常運行需要相應(yīng)的外圍電路與其配合。MC35i共有40個引腳,，通過ZIF連接器分別與電源電路,、啟動與關(guān)機電路、數(shù)據(jù)通信電路,、語音通信電路,、SIM卡電路、指示燈電路等連接,。

　?。?）啟動電路

　　啟動電路由開漏極三極管和上電復(fù)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）加時長至少為100ms的低電平信號，且該信號下降沿時間小于1 ms,。啟動后,，15腳的信號應(yīng)保持高電平,。如2圖所示，為啟動電路產(chǎn)生的信號,，從中可以看出10 m8的延時和100 ms的低電平,。

　　圖2 啟動信號下降沿

　　根據(jù)上面的分析，設(shè)計啟動部分的參考電路如下：

　　圖3 啟動電路

　　如圖3所示,，當(dāng)Power ON腳電壓由低變高時,，電容C1被充電左負(fù)右正。電流方向為逆時針方向,，此時電阻R1的電壓上正下負(fù)（當(dāng)UR1≥0.7 V時）使Q1的發(fā)射結(jié)正偏,，晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)，IGT腳處于低電平,。當(dāng)POWER ON腳電壓由高變低時,。電容C1開始放電，此時電阻R1的電壓上負(fù)下正使Q1的發(fā)射結(jié)反偏,，晶體管截止,，IGT腳處于高電平。

　　顯然IGT腳在 POWERON腳電壓由低變高時處于低電平,，GPRS模塊開機,。根據(jù)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,，這時需要調(diào)整C1的電容值,，R1、R2的阻值以滿足開機條件,。

　　為了方便說明,，模塊開機電路電路圖可以簡化如下：如圖4所示，開關(guān)由a投向b,，并在t=0前開關(guān)與a端相連時間足夠長達(dá)到穩(wěn)態(tài),，即Uc（0-）=0。由于電容電壓不能跳變,，在開關(guān)投到b的瞬間,，電容電壓仍為零。即C（0+）=0,。且t≥0時RC電路與電源相接,，因此可以認(rèn)為是求零狀態(tài)響應(yīng)的問題。

　　圖4 啟動電路簡介圖

　　當(dāng)開關(guān)投向b后電容電壓從零值開始充電，電壓逐漸上升,，最后應(yīng)趨于穩(wěn)態(tài)值 ,。穩(wěn)態(tài)值是根據(jù)“電容相當(dāng)于開路”而確定為Us的。根據(jù)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(dāng)R1上的電壓降到0.7 V時,，三極管將截止，因而要算出R1的電壓降到0.7 V時的時間,。

　　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(tǒng)要求。

　　（2）數(shù)據(jù)通信電路

　　數(shù)據(jù)通信電路主要完成GPRS數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā),，符合 ITU.T RS.232接口電路標(biāo)準(zhǔn)，工作在CMOS電平（2.65 V）,。

　　數(shù)據(jù)接口配置為8位數(shù)據(jù)位,、1位停止位、無校驗位,，可以在300 bps-115 kbps的波特率下運行,，支持的自動波特率為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,。

　　數(shù)據(jù)通信電路以MAXIM公司的MAX3238芯片為核心,，實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換及串口通信功能。MAX3238芯片供電電壓為3-5.5 V,，符合TIA/EIA-232-F和ITUv.28標(biāo)準(zhǔn),。具有獨特的±15 KV人體靜電保護(hù)措施，兼容5 v邏輯輸入,，內(nèi)含3路接收,、5路發(fā)送串行通信接口，最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)250 kbps。

　　該芯片的最大特點是,，在串行口無數(shù)據(jù)輸入的情況下,，可以靈活的進(jìn)行電源管理，即當(dāng)FORCEON為低電平,、/FORCEOFF為高電平時,，Auto-Powerdown Plus功能有效。在正常運行模式下,，約30秒時間內(nèi)若芯片在接收和發(fā)送引腳沒有檢測到有效信號,，將自動進(jìn)入Powerdown模式，此時耗電1uA,。

　　如果FORCEON和/FORCEOFF引腳均為高電平,，那么Auto-Powerdown Plus功能失效。在Auto-Powerdown Plus功能有效的時,，如果檢測到接收或發(fā)送引腳有信號輸入,，該芯片自動被激活，轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài),。

　　如果任一接收通道的輸入電壓高于2.7 V或小于-2.7 V,，或者位于-0.3 V～0.3 V的時間小于30 us，則/INVALID（15腳）引腳為高電平（數(shù)據(jù)有效）,。如果所有接收通道的輸入電壓位于-0.3 V～0.3 V的時間大于30 uS,，則/INVALID（15腳）引腳為低電平（數(shù)據(jù)無效）。

　　該芯片的以上特性,，滿足了MC35i作為移動終端的3路接收,、5路發(fā)送電路連接要求。在MAX3238與ZIF連接器相應(yīng)引腳連接時,，要注意發(fā)送,、接收引腳連接正確。MAX3238還需要連接4個0.1uF的電容配合,，才能完成電平轉(zhuǎn)換功能,。

　　MC35i模塊通過RS-232接口各引腳輸出的信號有RXD、 CTS,、DSR,、DCD、RING,，輸入的信號為TXD,、RTS、DTR,。

　　由于MC35i的接口電路使用了9針串口的全部引腳,，使MC35i可以獲得DTR,、DSR、DCD和RING控制信號,。信號RING用來向蜂窩設(shè)備指示接收到Unsolicited Result Code（URC）,。通過AT指令，可以設(shè)置MC35i的不同運行模式,。

　?。?）語音通信電路

　　由于MC35i的GSM基帶處理器內(nèi)集成了音頻濾波、ADC,、DAC,、語音合成等部分，所以模塊語音接口的外圍電路連接相對簡單,。MC35i有兩個語音接口,，每個接口均有模擬麥克輸入和模擬耳機輸出。為了適合不同的外設(shè),，模塊共有6種語音模式，可通過指令A(yù)T^SNFS選擇,。

　　第一個語音接口的默認(rèn)配置為 Votronic HH-SI-30.3/V1.1/0手持話筒,，語音模式為1（默認(rèn)）、4,、5,，其中模式1參數(shù)固定。第二個語音接口為頭戴式耳機和麥克設(shè)置,，語音模式為 2,、3、6,。

　　為了防止從麥克風(fēng)和耳機導(dǎo)線引入高頻干擾,，影響MC35i的正常運行。設(shè)計電路時,，在麥克風(fēng),、耳機、以及手持聽筒的插孔處都接有電感,。此外,，考慮到靜電保護(hù)的因素，所有語音信號輸入端都通過電容與GND耦合,。

　?。?）SIM卡電路

　　基帶處理器集成了一個與ISO 7816-3 IC Card標(biāo)準(zhǔn)兼容的SIM接口。為了適合外部的SIM接口,，該接口連接到主接口（ZIF連接器）,。在GSM11.11為SIM卡預(yù)留5個引腳的基礎(chǔ)上，MC35i在ZIF連接器上為SIM卡接口預(yù)留了6個引腳，所添加的CCIN引腳用來檢測SIM卡支架中是否插有SIM卡,。

　　當(dāng)插入SIM卡,，該引腳置為高電平，系統(tǒng)方可進(jìn)入正常工作狀態(tài),。但是目前移動運營商所提供的SIM卡均無CCIN引腳,，所以在設(shè)計電路時將引腳CCIN與CCVCC相連。

　　在設(shè)計中為SIM卡布線時,，發(fā)現(xiàn)了一個值得引起注意問題：如果將SIM卡的第四腳CCGND直接與印刷電路板的GND相連,，不作任何信號的隔離保護(hù)，則通話時音量很小,。

　　考慮到設(shè)計中的電磁兼容和靜電保護(hù)等因素,，為了達(dá)到最佳的通話效果，采用在SIM支架下,，即印刷電路板的頂層敷設(shè)一層銅隔離網(wǎng),，該層敷銅與 SIM卡的CCGND引腳相連，CCGND和電路板的GND之間通過兩個并聯(lián)的電容和電感耦合,。

　　這樣為SIM卡構(gòu)成了一個隔離地,，屏蔽了其他信號線對 SIM卡的干擾。再進(jìn)行語音通話時,，話音清晰,。

　　3 結(jié)束語

　　由Siemens公司的GPRS模塊MC35i及其外圍電路構(gòu)成的移動終端，可以很好的完成短消息收發(fā),、GPRS數(shù)據(jù)傳輸和語音通信,。利用該移動終端結(jié)合三星的S3C44B0X ARM開發(fā)板進(jìn)行控制很好地實現(xiàn)了對遠(yuǎn)程電力線的實時監(jiān)控。