Модуль SIM868: функционал и практические аспекты использования

№ 4’2016
PDF версия
В этом году линейку высокобюджетных 2G-модулей серии SIM800x компании SIMCom Wireless Solutions дополнил комбомодуль SIM868, функционально являющийся самостоятельной товарной единицей, но, тем не менее, имеющий много общего с этой линейкой. Модуль выполнен в том же форм-факторе, что и уже ставшие популярными SIM800C и SIM800C-DS. Это позволяет реализовывать самые различные версии комбинированных решений с использованием этих модулей, адаптируя серийно выпускаемое оборудование к существенно более широкому спектру потребностей конечного потребителя, делая это как аппаратно, так и программно, закладывая возможность к такой адаптации еще на этапе дизайна печатной платы. Статья будет полезна широкой аудитории: специалистам, инженерам, разработчикам устройств, применяемых в подвижных средствах (трекеры, навигационные системы, системы страховой телеметрии), в системах автоматизации, передачи данных и в охранных системах, а также в промышленной телеметрии. Акцент в статье сделан на использование модуля в батарейных решениях.

Введение

На наших глазах выпускаемые самыми разными производителями модули становятся комбинированными, сочетая в себе как базовый функционал, реализующий обмен данными посредством сетей сотовой связи, так и функционал, для реализации которого еще несколько лет назад потребовался бы отдельный модуль или чипсет. значительное число 3G- и LTE-модулей теперь поддерживают еще и навигационный функционал, а наиболее популярные чипсеты, используемые при создании 2G-модулей, поддерживают Bluetooth.. В той или иной степени раздельные решения до сих пор были оправданы тем, что вновь введенный функционал по отношению к базовому был вторичным не только в целевом отношении, но и в части качества его реализации. Объединение уже зарекомендовавших себя чипсетов на общей подложке и создание на их основе комбинированных модулей — вполне закономерный шаг на пути преодоления этого недостатка. Достоинств же у комбомодулей в избытке, и не последние из них — возможность реализации компактных, но при этом высокобюджетных решений с низким потреблением энергии.

 

SIM868: возможности и особенности

Комбомодуль SIM868

Рис. 1. Комбомодуль SIM868

SIM868 (рис. 1) — самый миниатюрный четырехдиапазонный комбомодуль GSM/GPRS в корпусе LCC/LGA, поддерживающий обмен данными и работу в сетях сотовой связи стандартов GSM/GPRS (2G) и прием данных местоположения и сигналов точного времени со спутников навигационных систем (GNSS).

Отличительные особенности SIM868 — это высокая чувствительность ВЧ-тракта и поддержка широкого функционала, в том числе детектирование/генерация DTMF, запись/воспроизведение аудиофайлов, встроенные протоколы POP3, SMTP, MMS, FTP, HTTP, SSL, протокол мультиплексирования 0710 MUX и др. Поддерживается высокопроизводительный GPRS multi-slotclass 12 (↨85,6 кбит/с) (схемы кодирования GPRS CS-1, CS-2, CS-3 и CS-4), а также GNSS-функционал (GPS/Glonass) с лучшим в своем классе сочетанием чувствительности, времени старта и стабильности отслеживания навигационных сигналов Time-To-First-Fix (TTFF). GNSS-тракт SIM868 позволяет отказаться от использования внешнего МШУ, обеспечивая при этом прием сигналов с уровнем до –167 дБм. Автономное потребление GNSS-тракта SIM868 составляет в режиме поиска 24 мА, в режиме сопровождения — 21 мА.

SIM868 поддерживает работу навигационных приложений с использованием сигналов GPS, Glonass, Beidou, QZSS, SBAS (WAAS, EGNOS, GAGAN, MSAS) и A-GPS. Модуль управляется AT-командами (3GPP TS 27.007, 27.005 и фирменные AT-команды SIMCom). Встроенные стеки — TCP/IP, UDP/IP и PPP-стек. В качестве дополнительных возможностей в модуле предусмотрена поддержка Bluetooth 3.0 (трансивер реализован на уровне чипсета) и/или одновременная работа двух SIM-карт (Dual Standby).

SIM868 поддерживает функционал Jamming Detection (детектирование факта «глушения» GSM-канала) и имеет четыре диапазона на частотах 850 МГц (GSM), 900 МГц (EGSM), 1800 МГц (DCS) и 1900 МГц (PCS). В диапазонах 850/900 МГц — класс мощности 4 (2 Вт), в диапазонах 1800/1900 MГц — класс мощности 1 (1 Вт). Чувствительность приемника модуля во всех перечисленных поддиапазонах — 109 дБм. Перечисленные характеристики позволяют отнести SIM868 к стандарту GSM фазы 2/2+. Размеры модуля: 15,7×17,6×2,3 мм; напряжение питания 3,4–4,4 В; диапазон рабочих температур –40…+85 °C; вес модуля 1,5 г.

Особенности: GSM и навигационная часть SIM868 имеют отдельные шины питания, что позволяет более гибко оптимизировать работу готового устройства и потребляемый им ток. Так, потребление тока в режиме ожидания у SIM868 составляет всего 0,65 мА (GNSS-функционал выключен).

На начальном этапе работы с модулем рекомендуется использовать специализированный отладочный комплект.

 

Функциональная схема модуля и его интерфейсы

Функциональная схема комбомодуля SIM868 приведена на рис. 2.

Чипсет модуля SIM868 (МТ2503) представляет собой объединение на единой подложке двух уже хорошо зарекомендовавших себя чипсетов: МТ6261 (GSM-часть) и МТ3333 (GNSS-часть).

Функциональная схема комбомодуля SIM868

Рис. 2. Функциональная схема комбомодуля SIM868

Поддерживаемые интерфейсы: 2×UART (GSM/GPRS)+1×UART(GNSS serial port), USB (может быть использован для отладки модуля и обновления его встроенного программного обеспечения), GPIO, ADC, SD, I2C, RTC, аналоговые аудиоинтерфейсы (микрофонный вход и два аудиовыхода), а также интерфейсы двух SIM-карт (Dual Standby).

 

Топология модуля SIM868 и его pin-to-pin сравнение с модулями SIM800C и SIM800C-DS

На рис. 3 приведена распиновка комбомодуля SIM868. Пины, имеющие различное функциональное назначение, выделены цветом.

Распиновка комбомодуля SIM868

Рис. 3. Распиновка комбомодуля SIM868

Как уже отмечалось, модули SIM868, SIM800C и SIM800C-DS выполнены в едином форм-факторе и имеют до 77 комбинированных LCC+LGA контактных площадок (далее — пины). Названные модули не имеют отличий по своим краевым пинам (топология и функциональное назначение их LCC-контактов идентичны). При этом именно LCC-пины отвечают за основной функционал перечисленных модулей. Отличается лишь назначение 34-го пина у SIM868, выделенного для питания его GNSS-части (у модулей SIM800C и SIM800C-DS 34-й пин объединен с 35-м, и оба этих пина предназначены для их питания (вход VBAT)). Большая часть внутренних LGA-контактов модулей SIM868 и SIM800C-DS также имеют одно и то же функциональное назначение, в топологическом же отношении они идентичны. Различия в функциональном назначении пинов рассматриваемых модулей приведены в таблице 1.

Таблица 1. Различия в функциональном назначении пинов

№ пина

SIM868

SIM800C-DS

SIM800C

34

GPS_VBAT

VBAT

VBAT

59

GNSS_EN

PCM_CLK

60

PPS

PCM_IN

61

GPS_TXD

PCM_SYNC

62

GPS_RXD

PCM_OUT

67

GND

FM_ANT

68

GPS_ANT

GND

Перечисленные факторы способствуют реализации решений на основе трех указанных модулей, в которых будет использоваться одна и та же печатная плата. Ее совмещенный дизайн позволяет выпускать на ее основе целую линейку изделий с различным функционалом, но, в значительной степени, с одним и тем же составом используемых электронных компонентов.

 

Цепи питания модуля SIM868

Диапазон питающих напряжений SIM868 — 3,4–4,4 В. Тем не менее производитель рекомендует использовать для питания модуля напряжение 4,0 В как наиболее оптимальное. Включение передатчика вызывает падение питающего напряжения, для минимизации этого явления источник питания должен быть в состоянии обеспечивать ток в нагрузке до 2 А. На питающем входе SIM868 (35-й пин, VBAT) настоятельно рекомендуется установить шунтирующую емкость (конденсатор С6, рис. 4) номиналом не менее 100 мкФ (танталовый конденсатор с низким ESR = 0,7 Ом) и, параллельно ему, керамический конденсатор 1–10 мкФ (С4, там же). Установка конденсаторов 10 и 33 пФ достаточно эффективно устраняет высокочастотные наводки как от самого модуля, так и от внешних по отношению к нему устройств. При питании от сети также рекомендуется устанавливать на шину питания модуля стабилитрон с рабочим напряжением 5,1 В/500 мВт, предотвращающий повреждения модуля за счет пульсаций напряжения и тока. Перечисленные элементы должны быть размещены как можно ближе к модулю, непосредственно у пина VBAT. В таблице 2приведены рекомендуемые для использования защитные стабилитроны.

Электронный ключ в цепи питания комбомодуля SIM868 (вариант)

Рис. 4. Электронный ключ в цепи питания комбомодуля SIM868 (вариант)

Таблица 2. Перечень рекомендованных защитных стабилитронов

Производитель

Стабилитрон

Мощность

Корпус

On semi

MMSZ5231BT1G

500 мВт

SOD123

Prisemi

PZ3D4V2H

500 мВт

SOD323

Vishay

MMSZ4689-V

500 мВт

SOD123

Crownpo

CDZ55C5V1SM

500 мВт

0805

Защитный стабилитрон может не устанавливаться, если он уже имеется в составе электронного ключа, включенного в цепь питания SIM868 (рис. 4) и предназначенного для принудительного перезапуска этого модуля по питанию и/или реализации более гибкого алгоритма энергосбережения в случае батарейного питания разрабатываемого устройства.

Ключ питания может быть многофункциональным, совмещая в себе функции линейного регулятора напряжения. Так, в этом случае может быть использован ключ MIC29302 (см. [3], рис. 7). Если перепад между напряжениями питания модуля и источника напряжения достаточно высок, ключ может включать в себя DC/DC-преобразователь — к примеру, может быть использована сборка ключ-DC/DC LM2596-ADJ (см. [3], рис. 8).

Li-ion аккумулятор (один элемент, напряжение 3,7 В) может быть подключен непосредственно к SIM868. Но аккумуляторные батареи Ni-Cd или Ni-MH использовать таким же образом нежелательно, так как после зарядки их максимальное напряжение может быть заметно больше заявленного и повредить модуль.

При проектировании цепей электроснабжения SIM868 в обязательном порядке необходимо соединить с землей пины 36 и 37 (GND) (рис. 3).

В качестве ключей питания допускается использование и других аналогичных устройств. При этом недопустимо падение напряжения на них более указанных паспортных значений, либо ограничение ими потребляемого модулем тока, который, в его пиковых значениях должен составлять не менее 2 А1.

Любое устройство, имеющее управляющий контроллер и радиотракт на общей с ним печатной плате, подвержено риску «зависания» из-за воздействия мощных помех, поступающих в него через антенный вход. Схемотехника радиомодулей достаточно тщательно отработана (в том числе и по этому фактору), и многие их них сохраняют работоспособность после кратковременного импульсного воздействия по антенному входу, достигающего нескольких десятков тысяч вольт. Естественно, что речь идет о ничтожных значениях токов. В противном случае модуль либо выйдет из строя, либо его нужно будет перезапускать посредством полного сброса питания. Это второй довод «за» использование ключа в цепи питания модуля. Нередко (из практики) для этих целей используют ключ от Texas Instruments — TPS22965DSG. Рассматривая ключи других производителей, необходимо учитывать тот факт, что некоторые из них имеют критичную «просадку» характеристик в случае нарушения рекомендованного термопрофиля и их перегрева при пайке. Зачастую сместившийся токовый порог перегретого ключа проявляет себя не сразу, а уже у конечного клиента, там, где сигнал оператора слаб и/или нестабилен и наблюдаются скачки потребляемого модулем тока. Такая ситуация приводит к непрерывному рестарту модуля.

Питание GNSS- и GPS-частей модуля раздельное, и, при батарейном питании, в интересах более гибкого управления энергосбережением, рациональнее его таким и оставить, вводя раздельные ключи питания для каждой из питающих шин. Тем не менее если ток, потребляемый разрабатываемым устройством, не столь критичен, то в диапазоне напряжений 3,4–4,4 В питание модуля может быть реализовано по совмещенной схеме (табл. 3).При этом пины 34 и 35 модуля объединяются.

Таблица 3. Совмещенная схема питания GSM/GPS-частей модуля SIM868

GPS_VBAT

34

Питание GNSS

2,8–4,4 В

VBAT

35

Питание GSM

3,4–4,4 В

Мониторинг состояния источника питания (контроль напряжения VBAT) может осуществляться самим модулем посредством AT-команды AT+CBC.

Модуль может выступать в качестве вторичного источника питания напряжением 2,8 В (VDD_EXT, пин 40), при этом напряжение VDD_EXT выдается после включения модуля с некоторой задержкой.

 

Цепи включения и выключения модуля SIM868

Для включения модуля необходимо подать на его контакт PWRKEY (39-й пин) низкое напряжение в течение, по меньшей мере, 1 с и убрать его. Повторная подача низкого уровня («земля») на контакт PWRKEY приводит к выключению модуля. В свободном состоянии этот пин уже подтянут к напряжению +3 В внутри модуля, т. е. нет необходимости введения внешней схемной подтяжки для обеспечения его стабильной работы.

Когда включение/выключение модуля (контакт PWRKEY) производится не кнопкой, а сторонним контроллером, производитель рекомендует использовать представленную на рис. 5 схему.

Включение/выключение комбомодуля SIM868 посредством контакта PWRKEY

Рис. 5. Включение/выключение комбомодуля SIM868 посредством контакта PWRKEY

Включение и выключение питания модуля может быть проконтролировано и визуально (используя светодиодную индикацию), по состоянию контакта STATUS (пин 42), на котором будет присутствовать низкий логический уровень, когда модуль выключен. Вместе с тем уровень на контакте STATUS все же отображает состояние последовательного порта модуля (его рабочее состояние) и только во вторую очередь свидетельствует о включении или выключении самого модуля (рис. 6, 7).

Временные диаграммы процессов при включении модуля посредством контакта PWRKEY

Рис. 6. Временные диаграммы процессов при включении модуля посредством контакта PWRKEY

Для выключения работающего модуля на его контакт PWRKEY нужно подать напряжение низкого уровня в течение не менее чем 1,5 с.

Временные диаграммы процессов при выключении модуля посредством контакта PWRKEY

Рис. 7. Временные диаграммы процессов при выключении модуля посредством контакта PWRKEY

Модуль SIM868 может быть выключен аппаратно (подачей и снятием питания или через PWRKEY) либо программно, командой AT+CPOWD=1. Использование этой команды позволяет реализовать безопасное отключение, корректно завершив цикл передачи данных. При этом, завершая процедуру выключения питания, модуль отправит URC-сообщение:

NORMAL POWER OFF

Этого не произойдет, если активна функция автовыбора скорости обмена модуля по основному последовательному порту. После фиксации этой скорости посредством команды AT+IPR=х это и другие URC-сообщения, привязанные к скорости обмена, отображаются корректно [4].

 

Сброс модуля SIM868

В отличие от 900-й серии и модулей, использующих ее основной форм-фактор (SIM800/800F), а также модуля SIM800H, контакта RESET, как такового, модули SIM868, SIM800C и SIM800C-DS не имеют. В связи с этим их перезапуск реализовывается посредством контакта PWRKEY.

Как следует из рис. 8, перезапуск модуля возможен после его выключения не сразу, а после некоего тайм-аута T3>3 c. Обозначенные на рис. 6–8 тайм-ауты, до окончания которых изменение текущего состояния модуля либо работа его портов или выхода VDD_EXT невозможны, в обязательном порядке должны учитываться при написании управляющих программ. Более подробно эти моменты рассматриваются в [3].

Временные диаграммы процессов при перезапуске модуля посредством контакта PWRKEY

Рис. 8. Временные диаграммы процессов при перезапуске модуля посредством контакта PWRKEY

 

Энергосберегающие режимы SIM868

SIM868 поддерживает два режима энергосбережения: «Режим ограниченной функциональности» и «Спящий режим». Для перевода SIM868 в спящий режим может быть использована AT-команда AT+CSCLK=1. Для его перевода в режим минимальной функциональности используется команда AT+CFUN=<fun> (режим не предусматривает снятие питания). В этом режиме радиочастотная часть модуля отключена частично или полностью, либо недоступна SIM-карта, но последовательный порт по-прежнему доступен. Потребляемая мощность в этом режиме заметно ниже, чем в рабочем.

 

Режимы минимальной функциональности

Команда AT+CFUN=<fun> позволяет установить три режима минимальной функциональности. Переход в них обеспечивается выбором уровней <fun> = 0, 1, 4:

  • AT+CFUN=0 — минимальная функциональность;
  • AT+CFUN=1 — полная функциональность (действует по умолчанию);
  • AT+CFUN=4 — режим полета (отключен передатчик модуля).

В автономном режиме функционирования разряд батареи может быть минимизирован за счет более редкого «выхода на связь»2 используемого в вашем устройстве модуля, отключения его CNSS-функционала, индикации, использования более надежного способа монтажа батареи (исключение окисления или загрязнения контактов, посредством которых батарея устанавливается в ваш прибор).

Величины потребляемого модулем тока при различных режимах его функциональности и значениях параметра BS-PA-MFRMS приведены в таблице 4.

Таблица 4. Величина потребляемого модулем тока при различных режимах его функциональности и значениях параметра BS-PA-MFRMS

<fun>

BS-PA-MFRMS

Потребляемый ток, мА

0

0,65

1

9

0,86

5

1,02

2

1,42

4

0,69

Возможности этих режимов описаны в [3].

Если SIM868 переведен в режим минимальной функциональности командой AT+CFUN=0, его радиоканал и SIM-карта будут заблокированы, но последовательный порт по-прежнему доступен. При этом часть AT-команд, отвечающая за управление радиоканалом и SIM-картами, доступна не будет.

 

Режим ограниченной функциональности

Клиент может управлять входом и выходом модуля SIM868 из спящего режима (подана команда AT+CSCLK=1) посредством DTR-сигнала (UART1_DTR, пин 6). В этом режиме, если уровень на DTR высокий и нет прерываний со стороны сети и аппаратных средств (например, прерываний на GPIO или данных в последовательном порту), SIM868 автоматически переходит в спящий режим. При этом он по-прежнему может принимать входящий вызов или SMS из сети, но его последовательный порт (UART) недоступен.

Активация SIM868 в спящем режиме 1 (Sleep mode 1, команда AT+CSCLK=1)

Вывести модуль из спящего режима 1 можно следующими действиями:

  • подать низкий уровень на DTR пин в течение примерно 50 мс;
  • приемом голосового вызова или данных из сети;
  • приемом SMS из сети;
  • получить внешнее прерывание.

Примечание. После того как модуль получил входящий вызов или новое SMS-сообщение, последовательный порт может выдавать сообщения URC об этом, но не позволяет вводить AT-команды. Только после того, как на контакт DTR в течение 50 мс и более подается низкий уровень, последовательный порт готов к вводу AT-команд.

Активация SIM868 в спящем режиме 2 (sleep mode 2, команда AT+CSCLK=2)

В этом режиме SIM868 непрерывно контролирует свой последовательный порт. Если нет передачи данных более 5 с по линии RXD, нет входящих вызовов и сообщений, а также аппаратных прерываний (например, прерывание GPIO), SIM868 переходит в спящий режим 2 автоматически. В этом режиме SIM868 по-прежнему может принимать входящие вызовы и SMS из сети, их приход или появление данных на последовательном порту (первый символ будет потерян) переводят модуль в активное состояние.

Примечание. По умолчанию модуль находится в режиме автовыбора и, после включения питания, не может самостоятельно перейти в режим ожидания, даже при отсутствии передачи в последовательном порту.

Существуют и другие способы снижения уровня потребляемого модулем SIM868 тока.

Например, полный отказ от схемной реализации некоторых его рабочих сервисов, а именно: светодиодной индикации STATUS (пин 42) и NETLIGHT (пин 41) (рис. 9), либо изменения скважности индикации NETLIGHT.

Рекомендуемое схемное решение по подключению светодиодной индикации к SIM868

Рис. 9. Рекомендуемое схемное решение по подключению светодиодной индикации к SIM868

Команда AT+CNETLIGHT=0 позволяет полностью отключить индикацию NETLIGHT. Сохранить эту настройку можно командой AT&W. В режиме GPRS также может быть использована команда AT+CSGS, задающая использование индикации NETLIGHT для отображения статуса GPRS-сессии. После подачи команды AT+CSGS=1, при включении модуля, индикация NETLIGHT перейдет в режим мигания (по умолчанию отображение состояния GPRS сессии: 64 мс — включено, 300 мс — выключено). До подачи этой команды состояние пина NETLIGHT соответствует заводским установкам. Отключается индикация статуса GPRS командой AT+CSGS=0, сохранить эту настройку можно командой AT&W.

Команда AT+CSGS=2 задает мигание индикации NETLIGHT в соответствии с настройками оператора. После подачи этой команды имеется возможность задать нужные настройки скважности индикации командой AT+SLEDS (ее синтаксис описан в [4], с. 182), приведя ее в соответствие с собственными предпочтениями. При этом длительность импульсов и интервал между ними может задаваться в пределах 40–65 535 мс. Сохранение настроек стандартное — AT&W.

При батарейном питании возможно увеличение продолжительности функционирования модуля за счет расширения программно установленных границ допустимого диапазона питающих напряжений, путем смещения значения его нижнего порога. При этом необходимо понимать, что стабильная работа модуля в сети и его исправность гарантируется лишь для паспортных значений питающих напряжений.

Кроме перечисленных факторов, следует также учитывать, что мобильное устройство, за счет регулярной перерегистрации в новых зонах (Location Area), разряжает имеющуюся в нем батарею гораздо интенсивнее, чем аналогичное устройство, находящееся на одном месте постоянно либо сравнительно длительные промежутки времени.

 

GNSS-функционал модуля SIM868

Фактически субмодуль GNSS модуля SIM868 использует тот же кристалл от компании MediaTek, который уже хорошо себя зарекомендовал в чипсете MT3333, поэтому характеристики GNSS-части SIM868, особенности ее функционирования и команды управления совпадают с теми, что уже реализованы с использованием этого чипсета в навигационных модулях серии SIM68x компании SIMCom Wireless Solutions.

Так, ресивер GNSS модуля SIM868 имеет 33 канала сопровождения и 99 каналов обнаружения, что, при чувствительности в режиме холодного старта 148 дБм (в режиме сопровождения — 166 дБм), позволяет добиться точности определения местоположения <2,5 м (CEP 50%), скорости 0,1 м/с, а также сигналов точного времени (PPS). Частота обновления координат — до 5 Гц. Достигается перечисленное при сравнительно низком энергопотреблении: 24 мА в режиме захвата, 21 мА в режиме сопровождения.

Время старта GNSS-части модуля: «холодный» старт — 29 с, «теплый старт» — 22 с, «горячий» старт — <1с.

По умолчанию данные NMEA поступают на последовательный порт GNSS со скоростью 115 200 бит/c.

При раздельном питании GSM- и GNSS-частей модуля наиболее полную управляемость функционалом даст еще один ключ питания по входу GNSS_BAT. Вариант его реализации представлен на рис. 10. Отключение питания по этой шине и его последующее включение посредством ключа определяет время холодного старта GNSS-части. Режим «теплого» старта обеспечивает сохранение напряжения на контакте VRTC модуля (пин 28), соединенном с GNSS_RTC входом субмодуля GNSS3.

Приведенного на рис. 10 решения достаточно для бесперебойного питания цепей RTC при батарейном питании клиентского устройства. При питании же устройства от сети напряжение на контакте VRTC может быть обеспечено с помощью внешнего конденсатора большой емкости (Large-capacitance Capacitor) или батареи (как вариант — неперезаряжаемой). В [3] на рис. 16–18 (с. 26) приведены возможные варианты схемного решения этой цепи.

Ключ питания для GNSS-части модуля SIM868

Рис. 10. Ключ питания для GNSS-части модуля SIM868

Цепи GNSS_VBAT и GNSS_EN (пин 59) на рис. 10 соединены для обеспечения автоматического старта GNSS-субмодуля сразу же после подачи на него питания. «Горячий» старт GNSS-части, подразумевающий сохранение текущих координат и обновленных эфемерид на время выключения модуля, требует раздельного решения цепей GNSS_VBAT и GNSS_EN и управления включением модуля через контакт GNSS_EN.

 

Интерфейсы модуля SIM868

Интерфейсы SIM-карт

SIM-интерфейсы модуля соответствуют спецификациям GSM Phase 1 и GSM Phase 2+ и поддерживают работу SIM-карт FAST, обменивающихся данными с модулем на скорости 64 кбит/с. У SIM868 два таких интерфейса. Оба поддерживают SIM-карты, работающие от напряжений 1,8 и 3,0 В. Питание SIM-интерфейсов осуществляется от внутреннего стабилизатора модуля. Вариант подключения SIM-карты к модулю с использованием шестипинового SIM-холдера приведен на рис. 11.

Подключение SIM-карты к модулю SIM868

Рис. 11. Подключение SIM-карты к модулю SIM868

При подборе сборки защитных стабилитронов VD1 необходимо выбирать их из числа имеющих максимальную собственную емкость до 50 пФ по каждой из линий. Помимо С1 (рис. 11), производитель рекомендует устанавливать защитные емкости номиналом 22 пФ со стороны модуля и на линии RST и CLK.

Вариант подключения SIM-карты к восьмипиновому SIM-холдеру, поддерживающему функцию детектирования модулем ее наличия, приведен в [3] (рис. 32).

Последовательные порты и USB-интерфейс

Функционал последовательного порта:

  • поддерживает режим функционально полного устройства (Full mode device);
  • содержит линии приема и передачи данных UART1_TXD/UART1_RXD, линии аппаратного управления потоком UART1_RTS/UART1_CTS, линии контроля состояния UART1_DTR, UART1_DCD и UART1_RI;
  • предполагает использование последовательного порта для GPRS и обслуживания AT-связи;
  • поддерживает следующие скорости передачи данных от хост-устройства в режиме автовыбора: 1200, 2400, 4800, 9600, 19 200, 38 400, 57 600 и 115 200 бит/с;
  • поддерживает возможность перепрошивки модуля;
  • UART2 представлен в модуле линиями RXD и TXD, имеет аналогичные скорости обмена и позволяет управлять модулем посредством AT-команд.

Примечание. Аппаратное управление потоком данных по умолчанию отключено. AT-команда AT+IFC=2, 2 позволяет его включить. AT-команда AT+IFC=0,0 отключает аппаратное управление потоком данных. Более подробно этот функционал описан в [4].

Синхронизация между DTE и DCE в последовательном порту

Скорость канала определяется устройством, которое выступает в роли DCE (Data Communication Equipment), т. е. провайдера. Подключаемое к нему устройство выступает в роли DTE (Data Terminal Equipment), т. е. маршрутизатора, узнающего о скорости канала от DCE. Когда включен автовыбор скорости передачи, то необходимо со стороны DTE отправить символы «AT» или «at» (если это потребуется, то несколько раз), чтобы синхронизировать скорость передачи данных, пока DTE не получит ответ «OK», означающий, что DTE и DCE синхронизированы. В любом случае, везде, где это возможно, рекомендуется фиксировать скорость обмена командой AT+IPR=x, настройка сохраняется в энергонезависимой flash-памяти командой AT&W.

Функциональные ограничения режима автовыбора

Последовательный порт DTE должен быть настроен на прием восьмибитных данных, без проверки их четности и с 1 стоп-битом. Без этого URC-сообщения, свидетельствующие о работоспособности SIM868, такие как «RDY», «+CFUN:1» и «+CPIN:READY», не будут приниматься.

Схемное включение последовательного порта в режиме Full mode device для напряжения UART в 3,3 В приведено на рис. 12.

Подключение UART в режиме Full mode device

Рис. 12. Подключение UART в режиме Full mode device

Если напряжение UART составляет 3,0 В, необходимо заменить резисторы номинала 5,6 к на 14 к. Рекомендуемые схемные решения для других значений напряжений UART приведены в [3] (рис. 21–23, с. 29).

Функционал USB

Порт USB модуля SIM868 используется для перепрошивки его GSM-части и для снятия диагностических логов (debug-интерфейс). Перепрошивка модуля по USB в среднем на порядок быстрее, чем по UART, и считается более надежной. В связи со сказанным производитель настоятельно рекомендует разработчикам предусматривать возможность подключения к модулю по USB. Схемное включение порта USB модуля приведено на рис. 13.

Размещение указанных на схеме элементов рекомендовано как можно ближе к разъему USB.

Подключение порта USB модуля SIM868

Рис. 13. Подключение порта USB модуля SIM868

Подробная инструкция по перепрошивке SIM868 и обновленные версии ПО предоставляются пользователям по отдельному запросу в службу технической поддержки «МТ-Системс».

Другие интерфейсы SIM868

Интерфейсы GPIO, ADC (10-битный аналого-цифровой конвертер, который может быть использован для измерения напряжения), SD и I2C решены в SIM868 стандартно, их подключение и характеристики подробно рассмотрены в техническом описании модуля. Подключение к интерфейсу I2C требует внешней подтяжки к напряжению 2,8 В посредством резистора 4,7 кОм. Модуль имеет один дифференциальный вход для подключения электретного микрофона и два дифференциальных аудиовыхода для подключения динамика с внутренним сопротивлением 8 Ом либо 32-омных головных телефонов (в модуле используются внутренние усилители АВ-класса). Для регулировки уровня входного усиления микрофона используется команда AT+CMIC. Команда AT+SIDET используется для компенсации местного эффекта (прослушивания в канале собственного голоса). Команда AT+CLVL регулирует уровень усиления на аудиовыходе. Схемное включение микрофона требует обязательной установки шунтирующих наводки конденсаторов и стабилитронов непосредственно в точке подключения микрофона. Подключение динамика — установки таких же емкостей, как на выходе модуля, так и вблизи самого динамика. Для прочтения значения напряжения на порту ADC используется команда AT+CADC. Интерфейс SD-карты поддерживает подключение карт емкостью до 32 Гбайт. Для питания SD-карт, работающих от источника 2,8 В, можно использовать выход модуля VDD_EXT; если требуется источник питания 3,3 В, необходимо использовать внешний стабилизатор напряжения.

 

Bluetooth в SIM868

Реализация Bluetooth-функционала модуля SIM868 не представляет сколь-либо сложной задачи и достаточно полно описана в [8].

 

Подключение антенн

Рекомендации по подключению GSM-, GNSS- и Bluetooth-антенн к модулю SIM868 изложены как в техническом описании модуля, так и в документе [7]. При необходимости произвести расчет соединительных линий от модуля до антенны следует пользоваться специализированными расчетными программами. При использовании коротких соединительных линий (до 3 см) чаще всего согласующие элементы можно не устанавливать, существенным образом на качестве работы изделия это не скажется. Тем не менее контактные площадки для их установки следует предусмотреть.

В схемном и топологическом отношении наиболее сложным моментом является подключение активной антенны GNSS (рис. 14).

Цепи питания активной антенны GNSS при ее подключении к SIM868

Рис. 14. Цепи питания активной антенны GNSS при ее подключении к SIM868

Организация питания выбранной активной антенны GNSS (напряжение VCC_ANT) зависит от ее паспортного напряжения питания. Оно может быть общим с питанием GSM- и GNSS-частей модуля, но при этом может потребовать отдельного стабилизатора, так как заявленные характеристики активных антенн чаще всего действительны для напряжения, рекомендованного для их питания. В частном случае для этих целей может быть использовано напряжение VDD_EXT модуля (2,8 В, пин 40), но при этом следует учитывать, что, после выключения GSM-части модуля, будет обесточена и активная антенна.

 

Отладочные средства

Материнская плата отладочного комплекта для работы с модулями SIM868

Рис. 15. Материнская плата отладочного комплекта для работы с модулями SIM868

Разработчики могут протестировать работу SIM868 в соответствии с примерами, приведенными в настоящей статье и в документации на модуль, воспользовавшись специализированным отладочным комплектом производства компании SIMCom Wireless Solutions. Отладочный комплект состоит из двух основных компонентов: многофункциональной «материнской» платы SIMCom EVB KIT (для модулей SIM868-TE и SIM5300E-TE/EA-TE) (рис. 15) и мезонинной платы SIM868-TE, на которой распаян модуль SIM868. Оба этих компонента отладочного комплекта приобретаются отдельно. Наличие и состав отладочных комплектов, а также наличие модулей и их стоимость можно уточнить, отправив запрос в техническую поддержку «МТ-Системс».

В комплект плат SIMСom EVB KIT входят соединительные кабели, тестовые антенны, телефонная гарнитура и адаптер питания.

 

Заключение

Мультифункциональность современных модулей — свершившийся факт. Переход от использования SIM800C+SIM68M к SIM868 дает возможность сэкономить на печатной плате клиентского изделия до 30% ранее необходимой для этого решения площади. Выигрыш в компактности и бюджетности конечного решения может быть и более значительным. Это позволяет использовать модуль в автомобильных и персональных трекерах, в страховой телематике, охранных устройствах (в т. ч. закладках), в медицине, а также для мониторинга и управления по радио территориально распределенными системами. Низкое энергопотребление SIM868 делает его оптимальным для батарейных решений.

Немаловажным является тот момент, что гарантированный срок производства комбомодулей SIM868 заявлен до 2022 г.

Литература
  1. simcomm2m.com
  2. mt-system.ru
  3. 01.pdf
  4. SIM800 Series_AT Command Manual_V1.10.pdf
  5. SIM800 Series Port Application Note_V1 02.pdf
  6. SIM868_GNSS_Application Note.pdf
  7. SIM868_RF_Design_Application Note_V1.00.pdf
  8. Стукало С. Функционал Bluetooth в GSM-модулях серии SIM800x // Беспроводные технологии. 2016. № 3.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *