GSM/GPRS модуль AC65

Новые семейства GSM / GPRS / EDGE / GPS модулей компании Siemens, ориентированные на автомобильное применение

№ 2’2008
PDF версия
Современные микроэлектронные устройства в наше время внедряются во все сферы человеческой деятельности. Миниатюризация, снижение энергопотребления и удешевление изделий делают их доступными для массового использования. То, что совсем недавно было либо слишком большим или дорогим, либо вовсе невозможным, сейчас помещается в кармане вместе с источником питания и продается в супермаркете.

Такой же прогресс наблюдается и в информационных технологиях. Посредством сервисов глобальных сетей можно обмениваться самой разнообразной информацией — от потокового видео до информации с удаленных датчиков.

Не обошел стороной прогресс и автомобильную индустрию. Современному водителю уже недостаточно автомобиля, просто способного перемещаться в пространстве. Производители давно усвоили, что современные электронные средства в автомобиле — очень серьезное маркетинговое преимущество. С помощью средств электроники можно экономить топливо, повышать безопасность движения и комфорт, охранять автомобиль, отслеживать его перемещение и многое другое. Практически любой современный автомобиль снабжен одним или несколькими специализированными компьютерами, объединенными в сети с исполнительными механизмами и средствами индикации. Для подобных систем задача связи с глобальной стационарной сетью является насущной и вполне осуществимой. Действительно, достаточно снабдить автомобиль средством беспроводной связи — и он в глобальной сети. Водителю становится доступно все информационное пространство Интернет, включая карты, маршруты движения, рекомендации по объезду пробок и т. д. Для служебного транспорта появляется возможность поддерживать связь с мониторинговым и диспетчерским центром, а также оперативно информировать владельца или центр охраны об угоне или проникновении. Становятся возможными также и совсем экзотические применения. Это, к примеру, дистанционная диагностика автомобиля специалистами сервисного центра прямо во время движения.

Дополнение системы навигационным приемником (GPS или ГЛОНАСС) позволит производить оперативный мониторинг служебного автотранспорта, информировать водителя о его местоположении и рекомендовать оптимальный маршрут движения (по оперативной информации из Интернета), а также отслеживать перемещения угнанного автомобиля и многое другое.

Остановимся более подробно на способе организации доступа автомобиля в сеть. Специфика подвижного объекта абсолютно исключает применение проводного решения. Беспроводные системы имеют ограниченную дальность и потребуют развертывания сети приемопередающих станций. Поэтому предпочтительно использовать уже развернутые радиосети операторов мобильной связи. С одной стороны, такое решение связывает руки разработчику, принуждая придерживаться принятых конкретным оператором связи правил обмена (сети различных операторов связи организованы по-разному, сетевые сервисы данных недостаточно совершенны и развиваются слишком медленно). Но, с другой стороны, эти сети уже развернуты и имеют внушительные зоны покрытия, качество связи в которых гарантируется. Полнофункциональное покрытие сотами мобильной связи GSM уже организовано практически во всех городах России, а линейными распределенными сетями обеспечены многие транспортные магистрали. Базовые станции GSM и сети операторов объединены цифровыми каналами в единую логическую систему. Кроме того, точки доступа GPRS (которыми оснащены все базовые станции) позволяют объединить мобильных клиентов еще и в рамках глобальной IP-сети — Интернета. Именно поэтому сейчас для решения задач обеспечения беспроводных соединений все чаще используются мобильные устройства GSM. Для работы во встраиваемых системах разработаны специальные GSM-радиомодули. В отличие от обычных мобильных телефонов, эти изделия имеют гораздо меньшие габариты (за счет исключения из конструкции неиспользуемых узлов — дисплея, клавиатуры, микрофона, динамика и т. д.), но более развитый внешний интерфейс и расширенную систему команд, позволяющие эффективно встраивать их в конечную систему.

Сейчас для работы в сетях GSM выпускается достаточно широкая номенклатура модулей. Но автомобильные применения накладывают весьма серьезные специфические требования. Это, прежде всего, влияние климатических факторов. Автомобиль эксплуатируется на открытом воздухе, и любая его деталь может подвергаться воздействию низких или высоких температур, повышенной влажности, пыли и агрессивных веществ. При движении автомобиля неизбежно возникает вибрация и ударные ускорения, которые также вредно отражаются на работе электронных узлов. Особенно сильно описанные факторы влияют на узлы коммутации (разъемы, панельки), паяные соединения, проводники печатных плат и зоны крепления элементов к платам. Немаловажными отрицательными факторами являются также:

  • повышенный уровень электромагнитных помех (от работающих узлов автомобиля);
  • возможность возникновения значительных электростатических потенциалов;
  • нестабильное электропитание от бортовой сети (возможны значительные колебания, импульсные выбросы, высокочастотные помехи в очень широком диапазоне);
  • радионепрозрачный металлический кузов.

Автомобиль, даже самый современный, является объектом повышенной опасности для жизни человека. А люди по своей природе имеют обыкновение быстро привыкать и безоговорочно доверять опробованным техническим новшествам. Поэтому любая поломка или сбой (даже в системах, впрямую не влияющих на безопасность) может иметь очень тяжелые последствия. Надежность работы в любых условиях эксплуатации — вот основной критерий разработки автомобильных электронных устройств.

Большинство GSM-модулей, имеющихся сейчас на рынке, предназначены для использования в стационарных системах, работающих в помещении (GSM-модуль является весьма сложным изделием, объединяющим цифровые, аналоговые и радиочастотные узлы). Для их использования в автомобиле потребуется целый комплекс мер по обеспечению их длительной и безаварийной работы. Это:

  • герметизация корпуса изделия;
  • поддержание оптимальной температуры и влажности;
  • дополнительные средства помехозащиты и фильтрации;
  • обеспечение дополнительной механической прочности элементам монтажа и коммутации.

С целью упрощения задачи проектирования конечного устройства с учетом вышеперечисленных требований компания Siemens разработала и производит специализированные GSM-модули AC65 и AC75. Эти модели в целом аналогичны. Различие заключается в поддержке помимо GPRS class 12 технологии EDGE (E-GPRS) class 10 модулем AC75. Функциональной основой новых модулей являются «старшие» представители модельного ряда Siemens — TC65 и MC75, но конструктивное исполнение и использованная элементная база подобрана с учетом автомобильной специфики.

Новые модули работают в расширенном температурном диапазоне –30…+85 °С. Производитель гарантирует полное соответствие параметров радиотракта требованиям консорциума 3GPP/GSM (как в плане соответствия уровней выходной мощности передатчика, так и применительно к точности установки частот и спектральным характеристикам излучаемых сигналов) во всем диапазоне температур. Это позволит значительно упростить конструкцию конечного изделия, сделает возможным применение изделия в приложениях, требующих соответствия параметров радиотракта установленным нормам, повысит надежность и качество связи. Расширенная система температурного мониторинга, реализованная в модулях, позволит более эффективно и надежно работать в сложных климатических условиях.

Приняты в новых модулях и меры по повышению вибрационной и ударопрочности. Монтаж компонентов выполнен в соответствии с более жесткими технологическими требованиями. А использованные в конструкции типы разъемов специально ориентированы на работу в условиях вибрации. К примеру, использованный в AC65/75 антенный коннектор SMP (в отличие от уже ставших классическими MMCX, U. FL или GSC) обеспечивает гораздо лучшую надежность соединения, хорошую фиксацию ответной части и меньшие потери ВЧ-мощности.

Функциональным преимуществом новых модулей является наличие встроенной поддержки пользовательских программ, написанных на языке высокого уровня Java (встроенная виртуальная Java-машина).

На рис. 1 показана типовая архитектура построения автомобильной системы GSM/GPS.

Типовая архитектура построения автомобильной системы GSM/GPS

Коммуникационный модуль осуществляет обмен информацией под управлением внешнего микроконтроллера. Этот же контроллер осуществляет опрос периферийных устройств, управление исполнительными механизмами, реализует интерфейс пользователя и принимает навигационную информацию с GPS-приемника. На рис. 1 видно, что подобная система обладает некоторой избыточностью. Действительно, все функциональные узлы управляющего контроллера оказываются продублированными в GSM-модуле. Современные коммуникационные платформы, использующиеся в составе модулей, обладают достаточным запасом вычислительной мощности, ресурсом памяти и богатым набором встроенных интерфейсных контроллеров. Но решение задачи переноса функций пользовательского управляющего алгоритма на платформу GSM сопряжено с определенными трудностями. Дело в том, что пользовательская программа должна быть интегрирована в системное ПО модуля. Для разработки такой программы потребуется высокая квалификация программиста и полная информация об используемой платформе и работающем программном обеспечении GSM-модуля. И если высококвалифицированный программист — это просто редкий и очень дорогой специалист, то информация о платформе и программном обеспечении является конфиденциальной и не раскрывается производителями по коммерческим соображениям. Выход из создавшейся ситуации заключается в создании производителем модуля специализированной программной оболочки. Эта оболочка может располагаться на компьютере разработчика. Средствами этой оболочки создается и отлаживается программа на языке высокого уровня. Для работы с системными ресурсами модуля в этом языке зарезервированы функции. Далее оболочка транслируется в некий промежуточный код (а иногда даже и в машинный код процессора) и загружается для исполнения в модуль через штатный UART или USB. Вторым, менее распространенным вариантом реализации является полная поддержка языка высокого уровня в модуле. Текст программы просто загружается в модуль, где транслируется и исполняется встроенным интерпретатором. Таким образом удается получить структуру системы, изображенную на рис. 2.

Структура системы

Пользовательская программа, разработанная на языке высокого уровня, располагается и исполняется в модуле, максимально используя его аппаратные возможности, упрощая и удешевляя систему.

У данной архитектуры есть достаточно много противников среди разработчиков. В основном, их аргументация основывается на 3 основных недостатках:

  1. Невозможность борьбы с «зависанием» модуля.
  2. Ограниченность в средствах разработки и отладки. Возможности программы жестко определены разработчиком модуля.
  3. Невозможность реализации программы, работающей в реальном масштабе времени.

По п. 1 можно сказать, что современные беспроводные платформы используют аппаратную и программную параллелизацию исполнения процессов. Помимо классического сторожевого таймера имеются и другие системы внутреннего мониторинга и наблюдения. Можно сказать, что при правильном подключении модуля и верно выбранном режиме работы вероятность «зависания» его максимум такая же, как и у внешнего контроллера.

Второе и третье возражения (п. 2 и 3) не лишены оснований. Действительно, возможности пользовательской программы определяются фиксированной номенклатурой библиотек и встроенных функций, а приоритетность ее исполнения определяется не пожеланием разработчика, а уровнем загрузки процессора модуля основными процессами по поддержке радиообмена. В ответ можно сказать, что необходимо просто четко определять уровень решаемой программой задачи. Конечно, для реализации сложных алгоритмов управления, цифровой обработки сигналов и других ресурсоемких задач встроенные средства непригодны и обойтись без отдельного процессора не получится. Но встроенные средства позволяют легко, быстро и дешево решить более простые задачи, которые чаще всего и ставятся перед разработчиками автомобильной системы.

Встроенная в AC65/75 поддержка Java позволяет реализовывать систему, представленную на рис. 2. Выбор системы программирования обусловлен несколькими положительными особенностями, присущими именно Java:

  1. Строгий и удобный синтаксис языка. Полная объектная ориентация.
  2. Большое количество специалистов, знакомых с Java-программированием.
  3. Изначальная ориентация языка на Интернет и сетевые приложения, идеально вписывающаяся в концепцию программируемого GSM-модуля. (Разработанные и отлаженные производителем сложные программные компоненты, обеспечивающие поддержку разнообразных протоколов GSM и TCP/IP, оформляются в виде библиотек классов и сохраняются в модуле при производстве. Пользовательская программа лишь использует вызовы классов.)
  4. Платформенная независимость, дающая возможность разрабатывать программу в одной из сред программирования, предназначенной для персонального компьютера.
  5. Наличие как распространяемых бесплатно (например, Eclipse), так и широкой номенклатуры коммерческих (например, Sun Java Mobility, Borland JBuilder) средой разработки.

Java реализует компромиссную схему между компилятором и интерпретатором. Функции преобразования текста программы в машинный код распределены между средой разработки и средой исполнения. Среда разработки преобразует текст программы в промежуточную структуру данных (мидлет), не зависящую от целевой платформы. Среда исполнения (собственно Java-машина) исполняет мидлет, привязывая его к особенностям конкретной платформы. Таким образом (в отличие, скажем, от традиционных компиляторов, преобразующих текст программы непосредственно в исполняемый код), среда разработки оказывается полностью универсальной, а среда исполнения — ориентированной на платформу.

Возможности Java и широкий спектр внешних интерфейсов (2×UART, I2C, SPI, USB, бит-ориентированные асинхронные GPIO) позволяют эффективно интегрировать GSM-модули Siemens AC65/75 в разнообразные и автомобильные системы без использования внешних управляющих контроллеров.

С целью упрощения схемотехники и увеличения уровня интеграции в оборудовании навигации и мониторинга компания Siemens производит комбинированные GSM/GPS-модули с поддержкой Java, также ориентированные на применение на транспорте. Это семейство XT65/75. Эти модули позволяют реализовать архитектуру, изображенную на рис. 3.

Архитектура модуля семейства XT65/75

В состав модулей добавлен GPS-приемник, а в состав Java-машины — функции по обработке навигационной информации. Приемник получает навигационную информацию по 16 каналам. Информация представляется в виде NMEA, RTCM или бинарного потока, которая преобразуются в удобную для использования форму посредством дополнительных Java-классов в модуле.

За исключением поддержки GPS, XT65/75 аналогичны AC65/75 (XT65 поддерживает GPRS class 12, а XT75 — еще и EDGE class 10).

В заключение отметим, что новые семейства модулей GSM/GPRS/EDGE/GPS производства компании Siemens позволяют разрабатывать высоконадежные и эффективные охранные, навигационные, мониторинговые и управляющие системы для автотранспорта с минимальными затратами на проектирование и производство.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

سكس عربي مصري مجاني sexauskunft.net سكسحر unblurred hentai nicehentai.com omega hentai chinki sex renklipornoo.net village naked dance hot x porn video hindipornsite.com heather jayne nude huge dick comics streamhentai.net hentai msngs
قصص وصور سكس wiwiuku.com مشاهدة أفلام سكس ラブホテル完全盗撮 浮気ドキュメント 禁断の関係 javshare.info とらぶるだいありー brawling go 132 hentaika.org all the way through futa www.indiansexmms pornhindivideo.com ftv hot live 福岡 風俗 図鑑 javwhores.mobi 日本で一番黒いgカップグラドルの絶倫性欲でハメ撮りsexしまくった日常を記録
x videos american fucktube24.com sex odia video 完全拘束イラマチオ 3 あべみかこ javpussy.net 300maan-316 xnxx miya khalifa indianpornsearch.com www.tamil sex videos どエロイ女のムチムチ肉感!ふにゃふにゃ星人 羽生ありさ freejavstreaming.net 生意気j○妹プリ尻挑発 telugu outdoor sex hindipornmovies.org mehreen kaur pirzada