以完善的北斗卫星通讯定位系统、GPRS 通信网络以及各种搭载传感器设备等技术平台为依托，具有测量风、温、湿、压等气象参数和采集海流、盐度、化学及其它所需的海洋水文参数，目标定位，紧急警情上报，信息发送，统计报表等完善功能的测报仪器设备的研发有着更加广阔的应用前景。本文提出了一种双向通信电路系统设计方案。具有低功耗、微型化、接口丰富、可靠性高等特点，可提供船舶定位、海上通信、遇险求救等多种功能服务，可提升安全防范能力，因而对相关行业主管部门具有重要意义。
ARM9 处理器 S3C2440A
基于 ARM920T 内核的 S3C2440A 作为系统中央处理器，配备 128M 的 SDRAM，256M 的 NAND FLASH 和 16M 的 NOR FLASH，以应对嵌入 Linux 操作系统所消耗的内存。S3C2440A 集成了 MMC/SD 卡读写控制器，LCD 与触摸屏接口，3 路 UART 串口，1 路主控与 1 路从动 USB 接口，1 个 IDE 接口可挂接大容量硬盘，实时时钟，AC‘97 音频接口、多至 130 个通用 IO 口等众多硬件资源。S3C2440A 内部集成的 3 路串口可通过外接简单的 RS232 电平转换芯片，分别连接北斗卫星通讯定位终端、GPRS 模块和风传感器。此外，ARM9 处理器 S3C2440A 通过内部集成的两路 SPI 接口可外接 16 位 ADC，以外接温度、湿度、盐度、压力等传感器。S3C2440A 的通用 IO 口作为开关量输入检测和输出控制接口，并可根据用户需求进行扩展。与此同时，S3C2440A 还可满足连接以太网控制器，USB 外设，电子罗盘、海流计、水声传输等可扩展应用需求。
北斗卫星通讯模块电路设计
北斗卫星通讯模块电路的设计可以从信号接收、信号处理及功能界面显示三个层次加以展开，相对应采用性价比高的北斗卫星通讯终端，并设计出串口通讯电路与 LCD 液晶显示电路。北斗卫星通讯模块可选用 UM220 模块，该模块支持北斗二代（BD2）与 GPS 双系统导航授时，具有尺寸小（仅 40×30×3.7mm）、功耗低（仅 350mW）、集成度高等优点，该模块三维定位精度为 3m，速度精度为 0.1m/s，数据更新率可达 1Hz。UM220 还配有卫星显控软件 CDT（Control&Display Tool），该软件提供简约的图形用户界面，可便捷地控制卫星接收机并进行功能能够设置，获取所需信息。北斗卫星通讯模块电路主要包括 UM220 接口、天线、后备电源、复位及串口通讯电路，其电路原理图如图 4 所示。ARM9 处理器 S3C2440A 的串口 0 引脚 TXD0、RXD0 与 UM220 的 RXD3、TXD3 相连接构成串口通讯电路。S3C2440A 的引脚 GPE0 与 UM220 的 PPS 引脚连接，可接收 UM220 输出的脉宽与极性可调的 PPS 信号；S3C2440A 的引脚 GPE1 可编程。
图 4 UM220 电路原理图
输出脉宽与极性可调的事件信号提供给 UM220 的 EVENT 引脚。UM220 供电电源引脚 VCC 与 GND 间并联有电解电容 CT1 和陶瓷电容 C1，以滤除高频与低频杂波信号，使得 UM220 供电电源稳定纯净，且电压峰峰值不超过 50mV。UM220 具有精确授时功能，为维持系统时钟，UM220 的 VBAT 引脚经限流电阻 R1 与压降二极管 D2、D3 接有 3V 锂电池。其中，二极管 D3 压降 0.3V，而 D2 压降 0.7V，以确保 UM220 的 VBAT 引脚平时由主电源 3.3V 供电，而主电源失电时，则由后备电源 3V 锂电池供电。UM220 的 GNSS_ANT 引脚在 PCB 电路板需要布线 50Ω以匹配天线阻抗，然后外接北斗卫星蜂窝天线。此外，电阻 R2、R3 与电容 C2 及二极管 D1 构成稳定的低电平复位电路，且低电平保持时间大于 2ms。
GPRS 模块电路设计
测报仪主要依赖卫星通讯网络进行数据通讯与定位，为降低测报仪系统功耗及运营成本，则可选用 GPRS/CDMA 网络进行远程通讯。GPRS 模块外围应用电路设计包括模块启动电路、数据通信电路、语音通信电路及 SIM 卡应用电路。GPRS 模块可选用西门子公司的 MC55。MC55 是西门子公司推出的新一代。
图 5 MC55 电路原理图
无线通信 GPRS 模块，可以快速可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务和传真，模块结构紧凑，重量轻，内置 TCP/IP 协议找，由 AT 指令控制可使应用程序很容易地接入网络。GPRS 模块电路主要包括 MC55 接口、SIM 卡电路、启动电源及与 S3C2440A 连接的串口通讯电路，其电路原理图如图 5 所示。S3C2440A 串口 1 的 RXD1，TXD1 引脚与 MC55 的 TXD0、RXD0 引脚连接构成串口通讯电路。MC55 的 CCGND、CCIN、CCREST、CCIO、CCVCC 与 CCCLK 引脚组成 SIM 卡接口，并接有滤波电容 C4、C5。MC55 的供电电源 VBATT 由 5V 经二极管 D2 降压得到。S3C2440A 的 GPE3 驱动控制 MC55 的 IGT 引脚，使其进入正常工作模式；S3C2440A 的 GPE2 可检测 MC55 的 RING 引脚输出的脉冲信号，以决定系统是否休眠进入低功耗状态。为了在有 GPRS 数据信息传送时产生同步信号，可通过配置 MC55 的 SYNC 引脚控制发光 LED 状态指示来实现。当有数据发送时，SYNC 引脚输出高电平使得三极管 T1 基极导通，则红色发光二极管 LED1 被点亮。
----------------------
如何轻松跨越 4G 产品设计的质量难题？LTE 测试帮你忙！
