基于ARM的移动无线传输系统设计

1 引言

随着移动通信与Internet技术的发展，传统单一的固定点监测已无法满足应用要求，迫切需要与移动监测形成以Internet与各种无线接入技术相结合的复合型测控网络。与传统的固定点监测相比，移动监测灵活，机动性强，弥补了固定点监测覆盖面小的不足。移动监测系统一般由数据采集设备、终端管理计算机、监控中心组成，并将数据采集设备安装于可移动载体。它将现场采集到的数据经终端管理计算机处理后，通过无线数据传输通道传送到监控中心，因此监控中心就可以随时了解现场状况，实现远程无线移动监测。针对于信息的实时传输，本文设计了基于CDMA的网络数据传输系统。

2 系统结构

整个信息传输管理系统由移动终端、CDMA网络、Internet网、信息管理中心服务器等组成，如图1所示。移动终端将GPS数据组成CDMA数据分组，通过CDMA网络和Internet网，上传到信息管理中心服务器。服务器应当具备IP地址和电子地图。信息管理中心也可以通过Internet网和CDMA网络向移动终端发出各种指令。

3移动终端硬件组成

移动终端的硬件部分主要包括ARM CPU控制模块、CDMA Modem模块以及电源模块三部分，结构框图如图2所示。

LPC2292是Philips公司开发的支持实时仿真和跟踪的32位ARMTDM-S CPU，可在线进行下载、调试。LPC2292微控制器通过Modem接口传递AT指令初始化CDMA模块，使之附着在CDMA网络上，通过拨号建立PPP连接，获取网络运营商ISP动态分配给移动终端的IP地址，并与服务器固定IP之间建立Socket链接，一旦链接成功，移动终端可以通过Modem接口向现场设备收发数据或指令。

CDMA无线模块作为终端的无线收发模块，把从ARM微控制器接收到的数据进行相应的协议处理后再转发出去。CDMA无线模块采用Wave COM公司的Q2358C模块，Q2358C模块是标准的工业级功能一体化应用模块，通过专门的60 pin的系统连接器与ARM CPU以及外围电路进行连接。

3.1 UIM卡接口设计

UIM卡是CDMA手机运用中的一种智能卡。UIM卡提供了个人认证信息可以允许MS (移动终端)或者手机连接网络，UIM卡允许用户拨打、接收手机或者接收任何装有UIM卡手机的预定服务。Q2358C模块支持外部UIM卡，可以直接与3.0 VUIM卡或者1.8 V UIM卡相连接，模块自动监测和适应UIM卡类型，本系统设计采用3.0 V UIM卡。UIM卡系统连接器上的UIM卡针定义，如表1所列。UIM与模块接口电路设计如图3所示。

3.2系统音频部分设计

CDMA模块提供了完整的音频接口，设计时只需增加少量外围辅助元件即可。音频分为主通道和辅助通道，音频设计应尽量远离模块的射频部分，以降低射频对音频的干扰。通过AT+CHFA命令切换主、副音频通道，来电振铃音则从蜂鸣器(BUZZER)中发出。音频信号很容易受到干扰，输人输出走线应尽可能细，以取得较好的共模噪声和无线噪声抑制效果。音频电路使用的电源建议单独使用一个电源模块，主音频输入输出通道的电路图如图4所示。麦克风偏置电路应尽量靠近60 pin的系统连接器，走线应尽可能短。通过AT+CMIC命令调节模块内部音频放大器的增益。为了抑制射频噪声，麦克风必须直接并联射频抑制电容，系统连接器输入端口也需要安装部分射频抑制电容，这些高频抑制电容必须在800 MHz上自谐振。主通道差分方式输出驱动15 Ω的负载受话器，建议受话器技术指标能达到：阻抗≥15 Ω，灵敏度为103 dB，功耗≤10 mW。

4移动终端软件设计

本系统软件由上位机和下位机软件、服务器应用界面和数据库3部分构成，下位机软件负责ARM微控制器与CDMA模块间的串口通信，流程图如图5所示。

由于CDMA网络的PDSN(分组数据服务结点)与CDMA模块通信遵循PPP协议，所以ARM微控制器也要实现一部分PPP协议才能与之对话。拨号后CDMA模块首先与网关进行通信链路协商，即协商点到点的各种链路参数配置。协商过程遵循LPC (Link Control Protocol)、PAP(Password Authentication Protocol)、IPCP(InternetProtocol Control Protocol)等协议。其中LCP协议用于建立、构造、测试链路连接，PAP协议用于处理密码验证，IPCP协议用于设置网络协议环境，并分配IP地址，一旦协商完成，已创建链路，若IP地址已分配就可以按照协商标准传输IP报文。根据应用不同，IP报头携带可以是UDP报头，也可以是TCP或ICMP报头，本系统采用TCP报文传递数据信息。数据传输完毕，ARM微控制器向PDSN发送LCP的断开连接报文，终止网络连接。

数据终端登陆CDMA网络并与PDSN网关通过LCP、PAP、IPCP协议进行协商。ICP、PAP和CPCP协议的帧结构大同小异，最常用的是请求REQ、相应ACK和拒绝NAK 3种帧。微控制器与PDSN进行协商，二者都可以发送REQ帧，请求相关配置，若对方不能接收配置，则回应NAK帧；如果能接收配置，则回应ACK帧。

5 结束语

本文介绍了移动终端在计算机之间进行无线数据传输的实现方法。除此之外，如果将ARM CPU的串口与GPS接收板的数据端相连，便可组成GPS卫星定位系统及车辆调度系统；如果将ARM CPU的串口与数据采集系统的数据端相连，便可组成远程无线采集及控制系统。因此，本设计方案应用广泛，可应用于出租、公安、运输、水利等领域。
 
作者：张永强，初秀琴(西安电子科技大学 电子工程学院，陕西 西安 710071)