Подписка на новости

Опрос

Нужно ли ввести комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

2005 №1

GSM/GPRS модемы семейств GM862 и Trizium компании Telit

Александров Роман


В статье обзорно даны эксплуатационные параметры новых семейств промышленных GSM/GPRS-модемов и приведены аспекты конструирования приборов с их использованием.

Итальянская компания Telit Communications PLC [1] представляет собой международного поставщика различной аппаратуры для технологии m2m (machine-to-machine), имеет мировую известность в области сотовой и спутниковой телефонии. Она была основана в 1986 году, а с 1997 года осуществляет производство и продвижение своего товара на рынок под брендом Telit. В России Telit известна как один из базовых поставщиков аппаратуры связи для сложных условий эксплуатации. В качестве примера можно привести средства связи для эксплуатации на морских судах [2] и спутниковые телефоны, на некоторые модели из которых известным в РФ провайдером связи GlobalStar получены сертификаты [3]. Однако как производитель качественных и надежных решений для сотовой телефонии – встраиваемых и функционально законченных готовых изделий – компания Telit в России известна пока недостаточно. Восполняя этот пробел, мы сегодня рассмотрим встраиваемые модемы двух семейств: GM862 и Trizium, предназначенные для промышленных применений.

Семейство модемов GM862 представлено моделями GM862-GSM, GM862-GPRS, GM862-PCS и GM862-PYTHON. Модули серии GM862 являются готовым решением для беспроводных m2m-приложений. Они отличаются хорошими массогабаритными показателями, износоустойчивым дизайном и легкостью интеграции в системы более высокого уровня. В этом семействе доступны как двухдиапазонные модули GSM900/1800, так и трехдиапазонные GSM900/1800/1900 (модуль GM862-PCS), обеспечивающие качественные сервисы SMS, передачу голоса, факсов, асинхронных и пакетных данных (GPRS). Следует подчеркнуть, что все модули компании Telit поддерживают технологию Jamming Detection, которая позволяет определять факт наличия преднамеренных помех. Прежде чем приступить к более подробному освещению базовых параметров этих модулей, отмечу, что поддержка выполнения скриптов, написанных на языке Python, позволяет упростить этап разработки устройства и сократить время выхода изделия на рынок. Удобным также является наличие во всех модулях Telit функций Easy GPRS (встроенный стек TCP/IP) и Easy Camera (возможность прямого подключения цветной камеры к модему). Приятной особенностью модулей GM862 и Trizium является возможность сканирования GSM-диапазона без подключенной SIM-карты. Следует также отметить, что рассматриваемые модемы прошли сертификационные испытания в России, и в настоящее время на них оформляется сертификат соответствия.

Модемы семейства GM862 не избавлены и от недостатков. Среди них следует отметить то, что в конкретный момент времени может быть активным только одно соединение. Другой особенностью модуля является невозможность осуществлять передачу данных по голосовому каналу (CSD), для этих целей придется использовать GPRS. Еще одним недостатком можно считать тот факт, что весь обмен ведется в ASCII-формате, а работа с бинарными протоколами не поддерживается.

Наиболее широко описываемые модули планируются к использованию в автомобильных и домашних охранных системах, автоматических парковках, приборах удаленного управления и мониторинга и др. Внешний вид модема семейства GM862 приведен на рис. 1. Номинальное напряжение питания составляет 3,8 В, широкий допустимый разброс 3,4–4,2 В позволяет легко использовать этот модуль в приложениях с питанием как от первичных (химические источники тока), так и от вторичных источников питания. Пиковый импульсный рассеиваемый ток составляет 1,9 А максимум, средний потребляемый при передаче — 350 мА. В энергосберегающем режиме потребляется ток всего 4 мА, а в режиме ожидания — 17 мА. Исходя из приведенного допустимого диапазона питающих напряжений можно сделать вывод, что в качестве первичного источника тока удобно применить литий-ионную перезаряжаемую батарею с номинальным напряжением 3,7 В или три последовательно соединённых Ni-Cd батареи. Для питания этого модема нельзя использовать батареи с номинальным напряжением 4 В, так как их максимальное напряжение выше предельно допустимого для модуля и может его повредить. Для сглаживания пиков тока, возникающих, например, в момент перехода из режима ожидания в рабочий, рекомендуется использовать конденсатор с малым эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR) емкостью 100 мкФ на напряжение не меньше 10 В. В качестве такого конденсатора с успехом может быть использован ниобиевый или танталовый конденсатор, возможно также использование алюминиевых электролитических конденсаторов с низким ESR. Кроме того, качественные схемотехнические решения должны содержать защиту от переполюсовки подаваемого на модуль напряжения: обычно для этих целей используется защитный диод. Максимальный потребляемый модулем ток в импульсе накладывает ограничение на использование батарей с емкостью не менее 500 мА·ч. Очень часто устройства, в которых используются GSM/GPRS-модемы, имеют батарейное питание, а поэтому приходится проектировать цепи зарядки, например, литий-ионных аккумуляторов, обеспечивающие контроль текущего заряда и трехступенчатую (быстрый алгоритм) зарядку батареи. Контроль осуществляется посредством измерения напряжения на батарее. В таких случаях обычно требуется приблизительная индикация уровня заряда (например, как в сотовых телефонах: с тремя или пятью уровнями дискретизации). В зависимости от уровня измеренного напряжения зарядка либо прекращается, либо переключается на одну из стадий.

Внешний вид модема семейства GM862
Рис. 1. Внешний вид модема семейства GM862

Вся работа модуля — конфигурирование, обмен данными, обновление микропрограммы модуля — осуществляются посредством последовательного интерфейса UART с семью линиями в соответствии со стандартом RS-232. Логические уровни сигналов этого интерфейса в модулях Telit не совместимы ни с уровнями сигналов по стандарту RS-232 (здесь сигналы не только отличаются уровнями, но и инвертированы), ни с сигналами TTL-уровня. При необходимости подключения модуля к устройствам с такими уровнями необходимо использовать преобразователи уровней сигналов. Эта задача не представляет трудности, так как на российском рынке представлено большое количество дешевых микросхем, преобразовывающих CMOS-сигналы к TLL-уровню и обратно, а в случае необходимости реализации уровней по RS-232 можно воспользоваться одной из многочисленных соответствующих микросхем, производимых Maxim, STM, Linear Technology и др., которые часто являются повыводно совместимыми аналогами. Микросхему следует подбирать из условия необходимости трех приемных линий и пяти передающих. Пример схемы преобразователя уровней на микросхеме ICL4207CA приведен на рис. 2.

Пример преобразователя уровней CMOS<->RS-232 на микросхеме ICL3207CA
Рис. 2. Пример преобразователя уровней CMOS<->RS-232 на микросхеме ICL3207CA

К модему можно подключить наушники и микрофон, однако в конкретный момент времени может быть активным только один из аудиоинтерфейсов. В случае необходимости подключения гарнитуры, например, автомобильной или hands-free, придется использовать внешние цепи усиления и согласования. В этом случае для улучшения параметра сигнал-шум необходимо стремиться к использованию сбалансированных усилителей. Приведём основные параметры микрофонных цепей модуля: входное сопротивление 25 кОм, номинальная чувствительность — 50 мВ, максимальная амплитуда входного напряжения — 360 мВ. На сайте производителя можно найти методики и примеры расчетов требуемого усиления внешних цепей микрофона в зависимости от таких параметров, как уровень звукового давления на микрофоне и т. д. Эти параметры являются исходными данными для расчета, а оценить, например, уровень звукового давления можно, исходя из удаленности микрофона от говорящего и громкости произношения, которая обычно колеблется от +20 дБ (крик) до –50 дБ (шепот). Пример сбалансированного смещения в микрофонном усилителе приведен на рис. 4.

Расположение сигналов в разъеме DB-9
Рис. 3. Расположение сигналов в разъеме DB-9
Пример сбалансированного микрофонного усилителя
Рис. 4. Пример сбалансированного микрофонного усилителя

К модему можно подключить наушник с импедансом 16 Ом ± 5% и диапазоном частот 150–8000 Гц, максимальная амплитуда выходного напряжения 850 мВ, а максимальная мощность нагрузки — 30 мВт. Число шагов дискретного изменения амплитуды звукового сигнала составляет 10.

Для подключения звонка к модему удобно воспользоваться одной из имеющихся линий ввода/вывода (производитель рекомендует воспользоваться линией GPIO6). В качестве звонка можно использовать и зуммер (в англоязычной литературе buzzer), в этом случае его можно подключить к выводу GPIO7 по схеме, приведенной на рис. 5.

Схема подключения внешнего зуммера
Рис. 5. Схема подключения внешнего зуммера

Полезной отличительной особенностью рассматриваемого модема является наличие встроенного параллельного интерфейса с цветной камерой Agilent ADCM2650 или совместимой. Максимальное поддерживаемое разрешение составляет 640х480 пикселей, чувствительность – 5 люкс.

Для демонстрации возможностей и облегчения разработки новых изделий на базе модемов Telit для инженеров предлагается оценочный набор GM862/S1 EVK. Внешний вид набора показан на рис. 6, а его функциональная схема — на рис. 7. Плата оценочного набора имеет встроенный преобразователь уровней RS-232, поэтому ее можно напрямую подключать к компьютеру при помощи нуль-модемного кабеля.

Внешний вид набора GM862/S1 EVK
Рис. 6. Внешний вид набора GM862/S1 EVK
Схема расположения функциональных узлов оценочного набора GM862/S1 EVK
Рис. 7. Схема расположения функциональных узлов оценочного набора GM862/S1 EVK

Документация и полный комплект схем оценочного набора для демонстрации возможностей работы модемов семейства GM862 совместно с CMOS-камерой выложен в свободном доступе на официальном сайте компании Telit [4].

Заслуживает отдельного рассмотрения семейство под кодовым названием Trizium, представленное двумя моделями: Trizium-Quad и Trizium-Quad-Py. Как и рассмотренные выше модули, эти отличаются малым весом и габаритами и низкой потребляемой мощностью. Они являются RoHS-совместимыми устройствами, предназначенными для работы в сетях GSM850, 900, DCS1800, PCS1900. Модемы Trizium разработаны на основе описанных выше GM862 и оптимизированы для использования в приложениях с низкой стоимостью и средним объемом. Важно, что эти модули программно совместимы.

Вдобавок к перечисленным возможностям модем Trizium-Quad-Py имеет встроенный интерпретатор скриптов, написанных на Phyton. Модемы поддерживают все достижения в этой области: передача голоса, пакетный обмен GPRS по классу 10, поддержка отправки факсов и SMS, кроме того, модуль содержит встроенную телефонную книгу. Основными областями использования данных модулей являются промышленные системы сбора данных и телеметрии (так называемые SCADA-системы), охранные системы, торговые автоматы, телефоны, мобильные компьютеры и наладонники. Типичным использованием модемов такого класса также является канал обратной связи для широкополосных цифровых линий обмена данными. Среди основных преимуществ модемов Trizium подчеркну наличие встроенного стека TCP/IP, что позволило реализовать функцию Easy GPRS (управление встроенным стеком TCP/IP посредством AT-команд), а также такие возможности, как Easy Camera (простое управление камерой при помощи АТ-команд) и возможность полного сканирования частот GSM.

Для передачи АТ-команд в модуль используется последовательный интерфейс UART с автоматическим определением скорости в диапазоне 2,4–57,6 кбод, либо 115 200 бод при фиксированной скорости. Простота использования модема при эксплуатации и отладке также обеспечивается наличием 18 программируемых линий ввода/вывода, трехканального 12-битного АЦП, одного ЦАП с ШИМ, прямых выходов на зуммер, вибромотор и светодиодный индикатор статуса.

Габаритные размеры модема Trizium-Quad составляют 41,4×31,4×3,6 мм, а вес модуля — 9 г. Модем может работать при температуре от –10 до +55 °С. Возможность использования модуля в промышленной электронике обусловлена его повышенной виброзащищенностью: на частоте 10–12 Гц модуль выдерживает до 1,92 м²/с³, а в диапазоне 12–150 Гц — 3 дБ/октава.

Для облегчения новых разработок на базе модемов сери Trizium компания Telit предлагает оценочный набор EVK-2 (рис. 8). В отличие от оценочного набора для семейства GM862, этот имеет не только интерфейс RS-232, но и более современный USB.

Внешний вид оценочного набора EVK-2 для модемов Trizium
Рис. 8. Внешний вид оценочного набора EVK-2 для модемов Trizium

Подводя итог сказанному, хочу заметить, что новые модемы GM862 и Trizium, обладая неплохим сочетанием функциональных параметров и небольшой ценой, позволят с минимальными временными и денежными затратами разрабатывать новые качественные изделия и имеют все возможности занять немалый сектор рынка встраиваемых модемных модулей.

Литература

  1. http://www.telit.com
  2. http://www.globaltel.ru/user_equipment/sat550x/
  3. http://www.globaltel.ru/certifications/
  4. http://www.telit.co.it/data/uploads_EN/products/GM862_EVKQuickStart.pdf

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Беспроводные технологии PDF


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке