串口設(shè)備高速聯(lián)網(wǎng)的利器——3G DTU簡(jiǎn)介

1 概述

我國(guó)的3G網(wǎng)絡(luò)基本建設(shè)完成，3G信號(hào)已基本能覆蓋各大中城市。相比2G/2.5G網(wǎng)絡(luò)，3G網(wǎng)絡(luò)的最大優(yōu)點(diǎn)是打破了無(wú)線帶寬瓶頸的限制，使無(wú)線應(yīng)用不再受網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制。當(dāng)前國(guó)內(nèi)三種3G網(wǎng)絡(luò)(TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000 EV-DO)標(biāo)準(zhǔn)可達(dá)到幾百K到幾兆位的帶寬，基本能滿足如視頻傳輸?shù)雀鞣N需要高帶寬的應(yīng)用，大大拓展了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域。

由于PC機(jī)系統(tǒng)功能強(qiáng)大，集成了各種驅(qū)動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧并具有USB主機(jī)接口，使用一般USB接口的3G上網(wǎng)卡即可連接網(wǎng)絡(luò)。而嵌入式設(shè)備運(yùn)行的程序軟件大多是前后臺(tái)模式或者是精簡(jiǎn)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，一般只有RS-232、RS-485或CAN等接口，無(wú)法像PC機(jī)一樣直接使用USB接口的3G上網(wǎng)卡進(jìn)行連接網(wǎng)絡(luò)，而且用于PC機(jī)無(wú)線上網(wǎng)的3G上網(wǎng)卡一般都是民用級(jí)設(shè)計(jì)，不能勝任嵌入式設(shè)備苛刻的工業(yè)級(jí)應(yīng)用。

目前讓嵌入式設(shè)備連接無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的最佳解決方案是通過(guò)外接3G DTU，只要有串口就能實(shí)現(xiàn)無(wú)線聯(lián)網(wǎng)。3G DTU是專門針對(duì)各種嵌入式設(shè)備無(wú)線聯(lián)網(wǎng)需求而設(shè)計(jì)的，對(duì)嵌入式設(shè)備要求簡(jiǎn)單，不需要集成驅(qū)動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，通過(guò)嵌入式設(shè)備的串口即可向網(wǎng)絡(luò)無(wú)線透明發(fā)送數(shù)據(jù)，而且3G DTU采用工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)方案，可以穩(wěn)定可靠地應(yīng)用在各種苛刻、惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。

本文主要講解由廣州致遠(yuǎn)電子有限公司設(shè)計(jì)及生產(chǎn)的3G DTU，該3G DTU是一款基于3G WCDMA網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)備，其提供了全透明的數(shù)據(jù)通道，可以方便地實(shí)現(xiàn)用戶嵌入式設(shè)備遠(yuǎn)程、無(wú)線、網(wǎng)絡(luò)化的通信方式。

2 產(chǎn)品特點(diǎn)

由廣州致遠(yuǎn)電子有限公司設(shè)計(jì)及生產(chǎn)的WCDMA 3G DTU型號(hào)為ZWW-36A，如圖1所示。該DTU由獨(dú)立的32位高性能工業(yè)級(jí)ARM9處理器和工業(yè)級(jí)3G模塊組成，內(nèi)部采用完善的系統(tǒng)，集成了各種硬件驅(qū)動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，網(wǎng)絡(luò)通信性能優(yōu)異。

ZWW-36A使用高性能ARM9處理器完成各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理及用戶數(shù)據(jù)交換，避免由于處理器速度慢導(dǎo)致丟失數(shù)據(jù)或由于處理能力差導(dǎo)致傳輸速度慢等現(xiàn)象。

ZWW-36A使用的是WCDMA網(wǎng)絡(luò)，WCDMA網(wǎng)絡(luò)的HSDPA模式(下行鏈路)理論值可達(dá)7.2 Mb/s，HSUPA(上行鏈路)理論值可達(dá)5.76 Mb/s，完全可以滿足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。

ZWW-36A具有如下特點(diǎn)：

· 工業(yè)級(jí)高速RS-232電平串行接口，最高波特率921 600 b/s;

· 超大數(shù)據(jù)緩存區(qū)設(shè)計(jì)(收發(fā)各10 MB)，采用動(dòng)態(tài)劃分技術(shù)，高效使用緩存區(qū);

· 支持串口配置和USB接口配置，方便沒(méi)有串口的計(jì)算機(jī)使用;

· 支持短信配置與維護(hù);

· 使用工業(yè)級(jí)WCDMA模塊;

· 內(nèi)嵌完備可靠的協(xié)議棧，數(shù)據(jù)全透明傳輸，用戶無(wú)需了解復(fù)雜的TCP/IP、PPP等協(xié)議;

· 支持?jǐn)?shù)據(jù)中心動(dòng)態(tài)域名或IP地址訪問(wèn);

· 支持備用數(shù)據(jù)中心;

· 支持?jǐn)嗑€自動(dòng)重連功能;

· 具有連接時(shí)機(jī)可控功能，節(jié)約流量;

· 支持本地和遠(yuǎn)程圖形化向?qū)脚渲门c維護(hù);

· 支持?jǐn)?shù)據(jù)中心虛擬串口功能，無(wú)縫銜接現(xiàn)有上位機(jī)軟件;

· 在主流組態(tài)軟件中集成驅(qū)動(dòng)，使用簡(jiǎn)便;

· 多重軟硬件可靠設(shè)計(jì)，復(fù)合式看門狗技術(shù)，使設(shè)備安全運(yùn)行;

· +6 V～+26 V寬范圍供電;

· 可適應(yīng)高溫和低溫工作環(huán)境，溫度范圍-20 ℃~+70 ℃。

2.1 傳輸速度

ZWW-36A支持的最大串口波特率為921 600 b/s，解決了傳統(tǒng)DTU串口速度慢的瓶頸。其內(nèi)置高性能ARM9處理器，能快速處理各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的DTU設(shè)計(jì)方案主控制器和無(wú)線模塊之間都是采用串口的通信方式，串口波特率低導(dǎo)致整個(gè)DTU設(shè)備的速度上不去，而ZWW-36A打破了傳統(tǒng)DTU的設(shè)計(jì)方案，其與3G模塊之間直接采用全速的USB2.0接口，通信速度大幅提高。

2.2 大緩存設(shè)計(jì)

ZWW-36A內(nèi)置上下行各10 MB的緩存，避免出現(xiàn)由于網(wǎng)絡(luò)不通導(dǎo)致用戶數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象。另外，ZWW-36A的大容量緩存采用動(dòng)態(tài)劃分技術(shù)，用戶可以根據(jù)實(shí)際要求設(shè)置最大包長(zhǎng)，從而提高緩存的利用率。

如最大網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包設(shè)置為1 460 B，10×1 024×1 024 B≈1 460×7 182，這種配置使設(shè)備10 MB的緩存使用網(wǎng)絡(luò)負(fù)載為1 460 B為一幀的方式存儲(chǔ)，最多可存儲(chǔ)7 182幀的數(shù)據(jù)。這種方式主要應(yīng)用在需要高速大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)膽?yīng)用，減少了網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，提高了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的利用率，進(jìn)而提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸速度。

如最小網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包設(shè)置為64 B，10×1 024×1 024 B≈64×163 840，這種配置使設(shè)備10 MB的緩存使用網(wǎng)絡(luò)負(fù)載為64 B為一幀的方式存儲(chǔ)，最多可存儲(chǔ)163 840幀的數(shù)據(jù)。這種方式主要應(yīng)用在頻繁的小數(shù)據(jù)量傳輸?shù)膽?yīng)用，相對(duì)于固定幀長(zhǎng)度的傳統(tǒng)方法，該方案極大地提高了10 MB緩存的利用率。

2.3 多種工作模式選擇

ZWW-36A支持三種工作模式：永遠(yuǎn)在線、空閑下線和空閑掉電。這三種工作模式的各工作參數(shù)對(duì)比如表1所示。

2.4 支持硬件流控

ZWW-36A支持的串口波特率高達(dá)921 600 b/s，對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，串口的高波特率意味著需要用戶的嵌入式設(shè)備具有比較強(qiáng)的處理能力。而普通的DTU不支持硬件流控，對(duì)于高速的串口波特率，用戶的嵌入式設(shè)備如果處理不過(guò)來(lái)會(huì)導(dǎo)致串口出現(xiàn)丟數(shù)的現(xiàn)象。ZWW-36A支持硬件流控，可以根據(jù)用戶需要進(jìn)行配置是否使能硬件流控。

禁止串口硬件流控功能后的硬件接線圖如圖2所示，根據(jù)用戶的嵌入式設(shè)備的處理能力，一般低波特率(≤115 200 b/s)可使用這種方式。

使能串口硬件流控的硬件接線圖如圖3所示，這種方式主要是針對(duì)串口高波特率(>115 200 b/s)的應(yīng)用，使能串口硬件流控杜絕了用戶嵌入式設(shè)備在高波特率下超負(fù)荷處理導(dǎo)致丟數(shù)的現(xiàn)象。

2.5 性能穩(wěn)定可靠

ZWW-36A使用了雙重看門狗技術(shù)，并在軟件的各個(gè)層面建立錯(cuò)誤處理機(jī)制，確保設(shè)備能有多重的軟硬件保護(hù)，防止設(shè)備出現(xiàn)死機(jī)、不上線等現(xiàn)象，滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用。

3 應(yīng)用示例

社會(huì)的安全問(wèn)題日漸得到人們的重視，建立安全城市關(guān)系到社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。城市公交作為一個(gè)重要的公共場(chǎng)所，安全問(wèn)題尤為重要，本文利用3G DTU建立了一個(gè)城市公交的無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，如圖4所示。

城市公交視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主控制板采用TI的達(dá)芬奇系列處理器工控主板，該主板負(fù)責(zé)采集各種傳感信號(hào)(如溫度、煙霧等)，并處理視頻攝像頭的視頻信號(hào)，通過(guò)3G DTU把各種傳感信號(hào)和視頻信號(hào)發(fā)送到監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心進(jìn)行管理和監(jiān)控。

4 小結(jié)

3G DTU具有操作簡(jiǎn)單方便、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，為用戶的嵌入式系統(tǒng)設(shè)備提供串口間高速的無(wú)線聯(lián)網(wǎng)功能，使用戶完全擺脫繁瑣復(fù)雜的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)操作，更能專注于行業(yè)的應(yīng)用。