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采用JP13模块和BENQ-M32模块设计手持无线线路巡护监管系统

2020-01-09 16:23 次阅读

随着光纤通信传输网的延伸以及通信维护任务的增加,为加强通信线路的维护,并及时发现维护过程中存在的各种问题,迫切需要开发一套成本低廉、适合通信总站通信线路维护任务、实用性强的巡护监管系统。对于在通信线路维护中存在维护人员分散、线路分布地域广、管理部门难以掌握线路巡护情况,某些单位存在线路巡护不及时、不到位、缺少有效的监管手段的实际情况。为彻底解决线路维护管理这一难题,本文研制了一套通信线路巡检监管系统,可实现对线路巡护的实时监控,及时掌握每条线路巡护出勤率、工作量,并发现线路巡护过程中存在的各种问题。

本文中的硬件设备采用嵌入式开发设计,MCU采用MSP430F149芯片进行系统控制,并预设JTAG接口这种简单方便的程序下载方式,以便对终端设备功能进行完善和修改。GPS模块采用德国FALCOM公司的JP13模块,定位速度快、性能稳定、信息准确、功耗低。GSM短信息模块采用明基公司的BENQ-M32模块,具有体积小,信号稳定、支持900/1,800MHz双频、接通率高、信号质量好等特点。设备结构简单、成本低、操作使用和维护方便,并且集成度高、能耗低、体积小、便于携带。

一、功能实现

1. GPS定位信息采集通信的实现

使用单片机的串口与GPS模块的通信口相连,系统上电后,对MCU进行初始化,开始串口工作、设置波特率,使MCU与GPS模块建立通信连接,当GPS模块接收到定位信息数据后,以全报文的方式发送给MCU。数据是实时的,因此MCU可根据接收的数据判断当前的时间和定位情况。

2. GSM短信息收发通信的实现

使用AT指令集对GSM模块进行初始化,实时接收控制中心发送的设置信息和查询信息,通过设定的通信协议来修改终端设备的各项保密设置,并查询终端的当前位置和当前状态。

3. 手持设备的操作和显示

本文设计的手持终端采用简洁、易懂、便于使用的按键和显示器。可以通过简单的按键操作和易懂的显示方法对手持终端进行操作,查询当前的位置信息、已发送和未发送信息,还可以随时发送当前的位置信息给控制中心。

4. 存储功能的实现

可以存储200条已读和未读短信息,IIC总线控制,擦出重写次数为十万次。

二、硬件电路实现

如图1中的电路设计框图所示,手持终端设备主要由MSP430F149 FLASH型单片机、GPS模块(JP13)、短信收发控制模块(BENQ-M32)、FLASH存储器、LCD显示器及天线等部分组成。

采用JP13模块和BENQ-M32模块设计手持无线线路巡护监管系统

1. MSP430F149单片机及其主要功能

本系统采用的MSP430F149单片机是德州仪器公司(TI)的MSP430F14x系列,这是一款超低功耗Flash型16位RISC指令集单片机。它采用“冯-纽曼”结构,RAMROM和全部外围模块都位于同一个地址空间内,两通道串行通信接口可用于异步或同步(UART/SPI)模式。它具有丰富的片内外围,是F14x系列中功能最强大的一款,非常适合于构成一个全功能的便携式单片机应用系统。该器件在本系统中的作用主要包括:管理控制整机工作,对各模块进行上电自检,处理键盘输入,液晶板的字符显示,指示灯的状态显示,按键提示音的生成,控制GSM、GPS模块的协调工作,根据操作完成定位信息的编码发送等等。上电启动过程如图2所示。

采用JP13模块和BENQ-M32模块设计手持无线线路巡护监管系统

上电开机时首先对BENQ-M32模块、LCD显示器、JP13模块进行初始化。预置英文字符及汉字字符信息,发送数据给LCD显示器,显示开机信息。发送指令给BENQ-M32模块检测SIM卡,检测GSM信号强度。由JP13获取GPS定位信息,并将信息格式输出至LCD上显示。当上述检测完成后,终端自动发送一个开机信息给信息中心,告知中心该终端已登录系统。

当检测到无SIM卡时,显示错误信息后程序中断,终端不再工作;若SIM卡检测正常,则继续执行。

终端工作方式有自动定时上报位置信息和手动上报两种工作方式,当系统中心以GSM短信的形式发送给终端“自动发信”指令时,BENQ-M32在接收到信息后,将该信息传送至MSP430F149单片机,单片机进行处理后获得自动发送间隔时间(发送间隔时间取值范围为0~255分钟,“0”表示终端手动发送),此时终端进入自动发送状态。

MSP430F149单片机将终端号、信息内容、经纬度坐标和发送时间格式转化成字符串,再将字符串传送至BENQ-M32,以短信的形式发送给系统中心。

2. GPS定位信息的采集及处理

GPS模块采用德国FALCOM公司GPS模组JP13,它采用了美国SiRF公司Star III芯片组,具有如下优点:定位精度高:定位误差小于10m;定位速度快:冷启动时间小于30s;超高灵敏度:灵敏度达-159dbm;功耗低:工作电压+3.3V DC,功耗105mw。JP13获得定位数据后通过串口输出至单片机,通信波特率为115200,输出数据格式是NMEA-0183。

GPS坐标的提取过程:接收机只要处于工作状态就会源源不断地将接收并计算出的GPS导航定位信息传送至单片机UART串行接口。在未经过分类提取之前,这些信息是无法加以利用的。与其它通信协议类似,对GPS进行信息提取必须首先明确其帧结构,然后才能根据结构完成对各个定位信息的提取。发送至单片机的数据主要由帧头、帧尾和帧内数据组成,根据数据帧的不同,帧头也不相同,主要有“$GPGGA”、“$GPGSA”、“$GPGSV”以及“$GPRMC”等。这些帧头标识了后续帧内数据的组成结构,各种帧均以回车符和换行符作为帧尾标识一帧的结束。本文所关心的定位数据是经纬度、速度、时间等信息,这些信息均可以从“$GPRMC”帧中获得。

其它几种帧格式则没有使用,虽然接收机在不断向单片机发送各种数据帧,但在处理时可以先通过对帧头的判断而仅对“$GPRMC”帧进行数据提取,从中提取出所关心的时间(日期和时间)和地理坐标(经、纬度)信息进行处理。

从GPS接收机中获得的时间信息为格林尼治时间,因此需要在获取时间上加8小时才为中国标准时间。而且GPS使用的WGS-84坐标系也与中国采用的坐标系不同,在使用过程中也需要对此进行变换。

3. 数据传输的实现

由于GSM网络在全中国范围内实现了联网和漫游,用户无需另外组网,因而在极大提高网络覆盖范围的同时节省了昂贵的建网费用、设备成本和维护费用。同时,GSM网络对用户的数量也没有限制,克服了传统的专网通信系统投资成本大、维护费用高,且网络覆盖范围和用户数量受限的缺陷。与传统的集群系统相比在网络覆盖上具有无法比拟的优势,再加上GSM的短信息服务(Short Message Service, SMS)本身具备无线双向数据传输功能,性能稳定,为远程数据传送和监控设备的通信提供了一个强大的支持平台。因此,我们在信息传输中采用了GSM的SMS平台。

在设计实现中我们选用的短信收发模块是台湾明基公司的BENQ-M32模块,采用内置天线,支持900/1,800MHz双频,其主要功能是完成短信息的收、发,进行SIM卡检测,将收到的信息传送至单片机进行处理,并将单片机传送来的信息发送出去。单片机通过UART串行接口直接向GSM模块发出AT命令,从而可以方便地实现基于GSM的短信息的收发、查找和管理。

4. 对GSM无信号情况的处理

由于通信线路中可能存在手机信号无法覆盖的情况,系统设计了信息自动存储功能。当无GSM信号时,终端会自动将待发送的信息存储在AT24C64存储器中,等待有GSM信号时再自动发送。

5. 各信号指示灯的控制和含义

在正常状态下3个指示灯的作用分别是:LED1为GPS状态指示,当获取GPS信号时此信号灯闪烁,正常工作时不亮,此信号灯的控制由MSP430F149单片机完成,P54输出脉冲,使得LED闪烁;LED2灯为GSM信号指示,当无信号时无显示,信号正常时闪烁,此信号的控制由短信模块通过P46脚输出来完成;LED3为充电指示灯,充电过程中此灯亮,充电完成后灯自动熄灭。

6.硬件原理图

该手持终端设备(图3)由电池供电,电池输出电压为4.2V,系统配备了充电器。GPS模块和MCU的工作电压是3.3V,由S818将4.2V电压降到3.3V的标准工作电压。

采用JP13模块和BENQ-M32模块设计手持无线线路巡护监管系统

三、本文小结

本文设计的手持终端由GPS接收模块、GSM射频收/发模块、单片机控制单元三大部分组成。监控中心由电子地图系统、资料数据库系统、信息接收单元及数据处理部分组成。传输网络采用现有的中国移动或中国联通的GSM短信数据平台SMS实现信息传输。

责任编辑:gt

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6是一款CMOS 300 mA低压差线性稳压器,具有3.5 V至16.0 V的宽输入电压范围,低电源电流和高输出电压精度。使用ECO模式选择器引脚,器件可以在低功耗模式下工作,以降低静态电流或快速模式,从而实现更好的瞬态响应和更低的压降。 NCP4626适用于VOUT引脚电压高于VIN引脚电压的应用,因为它可以防止反向电流。该器件的最大输入电压容差为18.0 V,输出端带有或不带自动放电功能,可选择XDFN,SOT89和SOT23封装。 特性 优势 工作输入电压范围:3.5V至16.0V 宽输入电压范围 输出电压范围:2.0V至15.0V(步长为0.1V) 提供130多种输出电压选项 低静态电流6 uA典型值。低功耗模式 电池供电应用的最佳选择 高PSRR:1kHz时为60 dB PSRR和静态电流之间非常好的折衷...
发表于 08-13 17:58 104次 阅读
NCP4626 LDO稳压器 300 mA 高PSRR 带反向电流保护

NS5S1153 具有负摆动功能的DP2T USB 2.0高速/音频开关

53是一款DPDT开关,用于组合真地接地音频和USB 2.0高速数据应用。它允许便携式系统使用单个端口传输来自外部耳机的USB数据或音频信号;耳机; 2个通道符合USB 2.0,USB 1.1和USB 1.0。该开关能够传递低于地电压2伏的负电压信号。该器件在音频端口上配有分流电阻。当音频通道关闭时,这些电阻器会接通,并为音频线路上可能产生的任何电荷提供安全的接地路径。这样可以减少音频系统中的Pop和Click噪音。 NS5S1153还配备了VBUS检测电路,以便在VBUS上检测到电压时立即切换到USB模式。 NS5S1153采用节省空间的超薄型1.4 x 1.8 x 0.5 mm 10引脚UQFN封装。 特性 优势 2:1高速开关 从单个USB插座复用音频或高速数据路径 5.25 V耐受公共引脚 支持任何短路到V BUS 820 MHz的高带宽 所有频道都支持USB2.0,USB1.1,USB1.0 能够在R / L通道上将负摆动信号降至-2 V 可以将音频真实接地放大器连接到微型USB耳机 1.8 V兼容控制引脚和V BUS 检测c ircuitry 自动或手动切换频道 音频通道分流电阻器 弹出并单击降噪 超...
发表于 08-01 08:02 219次 阅读
NS5S1153 具有负摆动功能的DP2T USB 2.0高速/音频开关

NCN1154 DP3T数据开关 USB 2.0高速/音频 具有负摆动功能

4是一款DP3T开关,用于组合真地音频,USB 2.0高速数据和UART应用。它允许便携式系统使用单个端口传输来自外部耳机的USB数据或音频信号; 3个通道符合USB 2.0,USB 1.1和USB 1.0。该开关能够传递低于地电压2伏的负电压信号。 NCN1154在音频端口上具有分流电阻。当音频通道关闭时,这些电阻器会接通,并为音频线路上可能产生的任何电荷提供安全的接地路径。这减少了Pop&单击音频系统中的噪音。该器件具有扩展的V CC 范围,可以在高达4.2 V的V CC 下工作,同时将真正的接地音频信号传递至-2 V. 特性 优势 3:1高速开关 多路复用音频或高速数据或UART信号路径一个USB插座 公共引脚上的5.25 V容差 支持任何短片到V BUS 高带宽820 MHz USB2.0,USB1.1,USB1。 0能够在所有通道上运行 能够在R / L通道上将负摆幅信号降至-2V 可以将音频真实接地放大器连接到微型USB耳机 1.8 V兼容控制引脚 GPIO低压控制 音频通道分流电阻器 弹出并单击降噪 超低THD 最小音频失真 应用 终端产品 单个连...
发表于 07-31 20:02 195次 阅读
NCN1154 DP3T数据开关 USB 2.0高速/音频 具有负摆动功能

FPF2283C 28 V / 7 A额定OVP 具有超低导通电阻开关和湿度检测

3C是一款超级OVP,具有由外部逻辑引脚或I2C接口控制的超低导通电阻单通道开关。该器件包含一个N-MOSFET,可在2.8V至28V的输入电压范围内工作,并可支持最大10A的连续电流。当输入电压超过过压阈值时,内部FET立即关闭,以防止损坏受保护的下游组件。在检测模式下,内部电流源和ADC可用于计算VIN上的电阻以进行湿度检测。 FPF2283CUCX采用小型20凸块WLCSP封装,可在-40°C至+ 85°C的自由空气温度范围内工作。 特性 Over-电压保护高达+28 V 内部低RDS(on)NMOS晶体管:典型值7.5 mohm 可编程过压锁定(OVLO): - 可通过ADJ引脚进行外部调节 - 可通过I2C接口编程 设备的低电平有效使能引脚 超快速OVLO响应时间:典型值50 ns I2C与系统通信 用于VIN上水分检测的8位ADC 短路保护和自动重启 结束温度保护(热关断) 基于IEC61000-4-5的+40 V浪涌能力 基于IEC61000-4-2的系统级ESD - 8 kV接触放电 - 15 kV气隙放电 强大的ESD性能 - 3.5kV人体模型(HBM) - 1kV充电设备模型(CDM) ...
发表于 07-31 13:02 111次 阅读
FPF2283C 28 V / 7 A额定OVP 具有超低导通电阻开关和湿度检测

NCV8560 LDO稳压器 150 mA 超低压差

0低压降(LDO)线性稳压器可在固定电压选项下提供150mA输出电流,或5.0 V至1.250 V的可调输出电压。专为电池供电系统而设计,适用于汽车应用。它提供高性能功能,如低功耗操作,快速使能响应时间和低压差。该器件设计用于低成本陶瓷电容器,采用DFN6,3x3封装。 特性 优势 输出电压选项:可调,1.5 V,1.8 V,2.5 V,2.8 V ,3.0 V,3.3 V,3.5 V,5.0 V 在电池寿命即将结束时保持完全运行。 150 mA时UltraLow压差为150 mV 可针对所有系统电压进行自定义。 可调节输出外部电阻从5.0 V降至1.250 V 系统上电速度更快。 快速启用15us的Turnon时间 适用于多种系统。 出色的生产线和负载调节 防止系统重启和虚假性能。 在所有操作条件下,高精度高达1.5%的输出电压容差 可预测的系统性能。 没有旁路电容的50 uVrms的典型噪声电压 对环境有益。 宽电源电压范围工作范围 保存外部分压器。 汽车和其他需要现场和控制变更的应用的NCV前缀 应用 终端产品 汽车娱乐系统 噪声敏感电路VCO,RF阶段等 汽车收音机和卫星接...
发表于 07-30 17:02 98次 阅读
NCV8560 LDO稳压器 150 mA 超低压差

NCV8752 LDO稳压器 200 mA 超低压降 超低Iq 高PSRR 超低噪声

敏感应用和精密仪器需要非常干净的电源。 NCV8752是一款200mA LDO,为工程师提供非常稳定,精确的电压,具有超低噪声和高电源抑制性能。该器件不需要任何额外的噪声旁路电容即可实现超低噪声水平。为了优化电池供电应用的性能,NCV8752采用自动低功耗功能实现超低静态电流消耗。 特性 优势 输入电压范围:2.0V至5.5V 非常适合低压应用 可用固定输出电压选项:0.8V至3.5V Sub -bandgap输出电压可用 2%输出电压在负载/线路和温度条件下的准确度 确保精确的输出电压 超低输出噪声:典型值。 11uVrms 非常适合噪音敏感的应用。 超低静态电流:典型值。 10uA 在轻载条件下提高效率 启用/关闭引脚功能 允许转弯使用逻辑I / O信号打开/关闭稳压器 有源输出放电 快速输出电压关闭 电源良好输出标志 提供输出电压监控功能 保证输出电流:200mA 应用 终端产品...
发表于 07-30 12:02 115次 阅读
NCV8752 LDO稳压器 200 mA 超低压降 超低Iq 高PSRR 超低噪声

NCP6922C LDO稳压器 双通道 4通道PMIC 双DC-DC转换器

2C是安森美半导体迷你电源管理IC系列的一部分。它经过优化,可提供电池供电的便携式应用子系统,如相机功能,微处理器等。该器件集成了两个高效率800 mA降压DC-DC转换器,具有DVS(动态电压调节)和两个低压差(LDO)稳压器在4x4 mm 20引脚WQFN封装中。 特性 优势 超低静态电流(典型值82 uA) 节省电池寿命 I 2完全可编程 C 提供设计灵活性 两个低噪声,低压差稳压器,可编程输出电压1.0 V至3.3 V,50 mV步进,2 x 150 mA和输出电流能力,50 uVrms典型低输出噪声 提供设计灵活性 两个DC-DC转换器,效率95%,可编程输出电压0.6 V至3.3 V,12.5 mV步进,800 mA输出电流能力 应用 终端产品 电池供电应用电源管理 核心电压低的处理器电源 相机模块 外围子系统 USB供电设备 游戏系统 数码相机 机顶盒框 GPS 车载信息娱乐 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 09:02 223次 阅读
NCP6922C LDO稳压器 双通道 4通道PMIC 双DC-DC转换器

NCP571 LDO稳压器 150 mA 超低Iq 低输出

固定低压差(LDO)线性稳压器专为需要1.2 V或更低电压轨的应用而设计。这款LDO非常适用于需要低静态电流的手持通信设备和便携式电池供电应用,因为NCP571系列具有4.0 uA的超低静态电流。该器件集成了电流限制和过温保护电路。 NCP571设计用于低成本陶瓷电容器,需要0.1 uF的最小输出电容。该器件采用TSOP 5或2x2.2mm DFN封装。标准电压版本为0.8 V,0.9V,1.0 V和1.2 V.其他电压选项可根据需要提供。 特性 优势 低静态电流4.0 uA(典型值) 适用于低功率应用和电池供电产品。 最大工作电压12 V Robuse技术制造该器件适用于各种应用。 低输出电压选项低至0.8 V 可为低压处理器和应用提供低于1.2V的电压轨。 应用 终端产品 电池供电仪器 应用ns要求电压轨低于1.2V 摄像机,相机,GPS设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 08:02 118次 阅读
NCP571 LDO稳压器 150 mA 超低Iq 低输出

NCP151 LDO稳压器 300 mA / 300 mA 双输出 高PSRR

是一款双线性稳压器,能够从1.7 V输入电压提供两个独立的300 mA输出电流。该器件提供0.8 V至3.6 V的宽输出电压范围。为了优化电池供电的便携式应用的性能,NCP151采用动态静态电流调整,可在空载时实现极低的IQ消耗。 特性 优势 工作输入电压范围1.7 V至5.5 V 许多应用的宽电压范围 固定电压选项:0.8 V至3.6 V 宽输出电压范围为许多用例提供了灵活性 低静态电流典型值。 100 uA 无负载时降低功耗 高PSRR:Typ。 @ 1电压@ OUT1,OUT2 适用于为噪声敏感的模拟和射频设备供电 快速&慢速放电功能 帮助满足系统要求 快速和慢速摆率 允许最佳功率排序和加电 应用 终端产品 掌上电脑,手机,GPS,智能手机 无线手机,无线局域网设备,蓝牙®,Zigbee® 比特币矿工 便携式医疗设备 其他电池供电设备 比特币最小化服务器 PDA 智能手机 监控摄像头 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 07:02 141次 阅读
NCP151 LDO稳压器 300 mA / 300 mA 双输出 高PSRR

LTO-AGPS 具有辅助GPS(A-GPS)的长期轨道(LTO)

长期轨道(LTO)技术为无线网络中没有辅助GPS(A-GPS)基础设施优势的移动设备用户提供GPS辅助数据。 配备LTO的支持GPS的移动设备可提供AGPS增强的性能,而不会牺牲自主操作的自由度。 GPS接收器通常需要与卫星清晰的视线来下载计算位置所需的轨道数据(星历表)。下载过程可能需要几分钟,数据必须每两到四个小时刷新一次。对于移动设备来说,这个下载周期非常麻烦,用户需要在几秒钟内完成GPS修复,而不是几分钟。 功能 缩短首次定位时间并提高灵敏度自治模式。自主接收器通常无法在室内环境和城市峡谷中计算修复,因为LTO增强型接收器继续生成导航和紧急服务所需的及时,准确的定位。 在操作时启用A-GPS性能离开网络。将LTO下载到设备后,在家庭网络外部旅行的无线用户将享受A-GPS性能的准确性和可靠性,以满足整个LTO有效期的节省时间,减少网络流量。 下载LTO文件每隔几天需要一个简短的GPRS或对接的Internet连接。这样可以节省大量的播放时间,并且与每两到四个小时必须刷新数据的A-GPS解决方案形成鲜明对比 应用程序 位置 - 基础服务 GPS 智能手机 平板电脑...
发表于 07-04 13:17 658次 阅读
LTO-AGPS 具有辅助GPS(A-GPS)的长期轨道(LTO)

A-GPS-WWRN 辅助GPS全球参考网络

使用从WWRN收集的GPS卫星数据,A-GPS服务器生成支持基于MS和MS辅助模式的辅助数据,处理从手机到计算位置的测量,并与控制平面或用户平面位置服务器无缝连接。  此外,AGPS服务器使用长期轨道(LTO),为手机提供未来的ephermeris辅助数据有效期最长为一周。这可以在暂时脱离移动运营商网络范围时实现AGPS技术的优势。  功能 卓越的A-GPS定位精度,已在商业中得到验证部署和全球现场试验 灵活的时序要求,可以通过无GPS时间标签的手机测量计算出位置 成功部署并运行符合标准的AGPS手机 长期轨道(LTO)提供准确的星历辅助数据,有效期最长可达一周 应用程序 GPS 平板电脑 智能手机 基于位置的服务 ...
发表于 07-04 13:15 84次 阅读
A-GPS-WWRN 辅助GPS全球参考网络