基于CDMA技術(shù)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

引 言
    大型油田的油井、大型煤礦的礦井、水文監(jiān)測(cè)點(diǎn)等監(jiān)控設(shè)備具有分布地域廣，工作時(shí)間長(zhǎng)，不宜長(zhǎng)期值守等缺點(diǎn)，通常采用人工抄取數(shù)據(jù)的方式，條件較好的地方則采用專線或數(shù)傳電臺(tái)的方式把監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫畔⒅行?。然而，這些方法都存在很大的不足：人工抄取方式既不方便，也浪費(fèi)人力物力；數(shù)傳電臺(tái)需要向?qū)ｉT的管理部門申請(qǐng)傳輸頻率，并且受天氣和地理?xiàng)l件的影響很大。鑒于此，本文設(shè)計(jì)一種基于碼分多址 (Code Division Multipie Access，CDMA)技術(shù)與MECA128L的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
    CDMA是近年來被應(yīng)用于商業(yè)的一種數(shù)字接口技術(shù)，與GSM相比具有以下優(yōu)勢(shì)：發(fā)射功率??；采用先進(jìn)的軟切換技術(shù)，使得其通話可與固定電話媲美，不會(huì)有 GSM掉線現(xiàn)象；采用以拓頻通信為基礎(chǔ)的一種調(diào)制和多址通訊方式，其容量比模擬技術(shù)高10倍，超過GSM網(wǎng)絡(luò)約4倍。利用CDMA的TCP／IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程通訊，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種物理參數(shù)的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控。本文介紹了ZTEiT公司的CDMA模塊MG801A及其與Atreel公司的MEGA128L 構(gòu)成的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)硬件電路和軟件流程。該設(shè)計(jì)可以通過TCP／IP協(xié)議，利用網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)，并與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋褢?yīng)用在基于CDMA的驗(yàn)潮儀遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中。該系統(tǒng)采用的模型為客戶／服務(wù)模型，終端為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)作為客戶端接收數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。系統(tǒng)以 CDMA為無線通信鏈路，主鏈路采用Internet互聯(lián)網(wǎng)鏈接，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸。
1 系統(tǒng)主要硬件
    該系統(tǒng)利用CDMA網(wǎng)絡(luò)的高覆蓋率和高可靠性以及MEGA系列單片機(jī)卓越的低功耗特性和豐富的外圍器件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。下面對(duì)主要硬件部分做簡(jiǎn)要介紹。
1．1 MG801A模塊
    MG801A是中興集訊系列無線模塊中基于800 MHz工業(yè)級(jí)應(yīng)用模塊，該模塊能夠承載目前CDMA2000 1X網(wǎng)絡(luò)支持的所有業(yè)務(wù)，對(duì)外提供標(biāo)準(zhǔn)的AT接口，并支持BREW平臺(tái)單模塊應(yīng)用，MG801A無線模塊可廣泛用于以數(shù)據(jù)、語音為目的行業(yè)應(yīng)用。該模塊基本功能有：CDMA2000-1X Rev0標(biāo)準(zhǔn)，向下兼容IS-95A／B標(biāo)準(zhǔn)；8kEVRC及13kΩCELP高質(zhì)量語音；支持IS-637短信和IS-707數(shù)據(jù)；高速數(shù)據(jù)速率 153．6。Kb／s；R-UIM接口符合國家標(biāo)準(zhǔn)；UART硬件接口及AT指令集軟件接口；支持circuit-switch and packet數(shù)據(jù)及傳真數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；支持呼叫等待／呼叫轉(zhuǎn)移／來電顯示；Brew軟件平臺(tái)支持單芯片應(yīng)用；并行16位LCD顯示接口具有高速顯示能力；高效省電技術(shù)／內(nèi)置的電源管理；具有雙組模擬音頻接口；高精度A／D接口;外 擴(kuò)數(shù)字I／O接口；將支持內(nèi)嵌TCP／IP協(xié)議；支持CPTT集群信令。

1．2 MEGA128L微處理器
    本設(shè)計(jì)中控制芯片選擇Atmel公司高性能的MEGA128L微控制器，它采用低功耗CMOS工藝生產(chǎn)，并基于RISC結(jié)構(gòu)，具有片內(nèi)128 KB的程序存儲(chǔ)器(Flash)，4 KB的SRAM和4 KB的E2PROM，2個(gè)8位和2個(gè)16位硬件定時(shí)／計(jì)數(shù)器，JTAG，UART，SPI等接口；而且它可以在多種不同模式下工作，除了正常操作模式外，還具有六種不同等級(jí)的低能耗操作模式，因此該微控制器特別適合于低能耗的應(yīng)用場(chǎng)合。
1．3 硬件設(shè)計(jì)
    基于MEGA128L豐富的外圍器件，設(shè)計(jì)時(shí)盡量選擇功耗較小的芯片。為了將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，需要外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)采集量，以及人工提取數(shù)據(jù)周期，選定512 KB的SRAM作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。CDMA模塊的串口工作電壓并不滿足TTL電平規(guī)范，高電平僅為2．65 V，因此需要在串口的兩根信號(hào)線TXD和RXD上進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。為實(shí)現(xiàn)此功能，設(shè)計(jì)中利用三極管特性，將電壓調(diào)節(jié)到需要的電壓上。其串口接口電路如圖2所示。

    由于通訊模塊工作電壓典型值為3．8 V，而單片機(jī)工作電壓典型值為5 V，兩個(gè)芯片工作電壓不一致，因此需要將5 V電源電壓轉(zhuǎn)換為3．8 V。在本電路設(shè)計(jì)中，選用MICREL公司的MIC29302BU芯片。此芯片具有高電流、高精度、快速的瞬態(tài)響應(yīng)等特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)過流、輸入極反向、反插引腳、高溫狀態(tài)具有保護(hù)功能。電平轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。

2 軟件編程
    系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于單片機(jī)的編程，通過向CDMA模塊寫入不同的AT指令，能完成多種功能。
    CPU與CDMA模塊之間是通過串行口進(jìn)行通訊的，AT指令則是CPU與CDMA模塊之間實(shí)現(xiàn)信息交互的接口協(xié)議，CPU可以通過AT指令完成對(duì)模塊的各種操作。模塊要建立無線網(wǎng)絡(luò)連接，則需要CPU使用特定的指令來完成對(duì)模塊的功能操作。
    初始化單片機(jī)，利用I／O引腳控制電源模塊對(duì)CD-MA模塊上電，利用AT命令對(duì)通訊模塊初始化，包括工作方式和查詢模塊狀態(tài)等。CDMA模塊正常工作后，進(jìn)行撥號(hào)連接，PPP建立成功后將返回動(dòng)態(tài)的IP地址，模塊在這個(gè)地址上進(jìn)行操作。TCP協(xié)議是建立在IP協(xié)議基礎(chǔ)上的傳輸層，與UDP相比是一種可靠性較高的協(xié)議。利用AT指令建立TCP連接，用于以TCP方式發(fā)送數(shù)據(jù)。使用AT命令查看網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)，檢查數(shù)據(jù)包的到達(dá)情況，處理新到的數(shù)據(jù)包，并重新傳送丟失的數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，若長(zhǎng)時(shí)間不用發(fā)送數(shù)據(jù)，可將連接斷開。數(shù)據(jù)中心以VS2005為開發(fā)平臺(tái)，C#為開發(fā)語言，SQL為數(shù)據(jù)庫編寫中心數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)軟件。利用Visual C# 2005 Socket控件完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送，并對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分類存入SQL數(shù)據(jù)庫。軟件流程圖如圖4所示。

3 結(jié) 語
    本系統(tǒng)利用MEGA128L單片機(jī)控制系統(tǒng)與CDMA通信模塊實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)雙向遠(yuǎn)程通信。CDMA通信模塊利用TCP／IP協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)給監(jiān)控中心，從而建立監(jiān)控中心和單片機(jī)控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信功能；單片機(jī)控制系統(tǒng)通過AT指令與無線通信模塊建立通信，達(dá)到實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的目的。本文針對(duì)傳統(tǒng)驗(yàn)潮儀遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟蛔?，?shí)現(xiàn)了一種新的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，研討了該系統(tǒng)組成、工作原理、軟硬件設(shè)計(jì)等，對(duì)今后基于CDMA模塊在驗(yàn)潮儀遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸以及遠(yuǎn)程控制中的應(yīng)用研究具有一定的參考價(jià)值。