【摘要】：為了遠(yuǎn)程獲取自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中通信管理機(jī)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)了一種支持4G網(wǎng)絡(luò)通道的通信管理機(jī)。基于ARM Cortex-A8內(nèi)核的處理器,給出構(gòu)建硬件系統(tǒng)平臺(tái)的方法,設(shè)計(jì)了上行鏈路4G通道USB接口連接以及下行鏈路擴(kuò)展通訊串口的硬件原理圖。建立了軟件系統(tǒng)三層結(jié)構(gòu)模型,實(shí)現(xiàn)了適用于該硬件平臺(tái)的Linux系統(tǒng)的移植,給出了支持4G模塊的驅(qū)動(dòng)程序加載方式,并通過移植PPP協(xié)議撥號(hào)套件,實(shí)現(xiàn)了裝置自動(dòng)握手聯(lián)網(wǎng)。測試結(jié)果表明,開發(fā)的通信管理機(jī)的4G通道網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間為24 ms,實(shí)現(xiàn)了一種支持無線遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)慕鉀Q方案。
【圖文】：

脛С?［9］。本文根據(jù)通信管理機(jī)在自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中的位置特點(diǎn)和數(shù)據(jù)傳輸需求，開發(fā)一種支持4G通道遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ殴芾頇C(jī)。分析裝置上行鏈路數(shù)據(jù)傳送和下行鏈路數(shù)據(jù)采集接口的硬件設(shè)計(jì)，給出4G模塊的軟件驅(qū)動(dòng)和自動(dòng)握手聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)方法，最后通過網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸測試，驗(yàn)證了該裝置的實(shí)時(shí)可靠性，開發(fā)的通信管理機(jī)為自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)支持4G通道提供了一種解決方案。1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)1．1硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成采用模塊化方法設(shè)計(jì)通信管理機(jī)的硬件系統(tǒng)，包括電源板、控制器主板、擴(kuò)展底板3部分，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，電源板為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的5V電源;控制器主板上集成工業(yè)級AM3358處理器，其是基于AＲMCortex－A8內(nèi)核的MPU，運(yùn)行主頻為1GHz。圖1硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)擴(kuò)展底板上設(shè)計(jì)有多種用于連接外部設(shè)備的通信接口，其中ＲS232串口和TF卡用于系統(tǒng)功能開發(fā)與調(diào)試;由繼電器驅(qū)動(dòng)的2路開出用于遙控開關(guān)和集中報(bào)警;2路CAN總線與8路ＲS485串口是下行鏈路數(shù)據(jù)采集接口，將多種不同規(guī)約設(shè)備采集的數(shù)據(jù)匯總;2路以太網(wǎng)和2路USB負(fù)責(zé)與上位機(jī)通信。設(shè)計(jì)中使用USB接口建立通信管理機(jī)與4G模塊的硬件連接，通過信號(hào)基站接入互聯(lián)網(wǎng)，將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送到當(dāng)?shù)乇O(jiān)控后臺(tái)或遠(yuǎn)方調(diào)度中心。1．24G通道接口的融合設(shè)計(jì)的4G通道以USB接口方式融入系統(tǒng)，故在擴(kuò)展底板上設(shè)計(jì)2路USB2．0HighSpeed接口，支持設(shè)備即插即用和熱插拔的功能，USB2．0的最大傳輸速率為480Mbit/s，可以外接存儲(chǔ)擴(kuò)展設(shè)備或作為通信接口，圖2給出了USB接口連接4G模塊的硬件原理圖，分為驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)電路2部分。圖24G通道USB接口硬件原理圖在驅(qū)動(dòng)電路中，將USB1_ID引腳接地，使通信管理機(jī)的USB1接口作為主設(shè)備，4G模塊的USB接口作為從設(shè)備。USB1_VBUS的輸出控制引腳USB1_DＲV

鏈路數(shù)據(jù)采集接口，將多種不同規(guī)約設(shè)備采集的數(shù)據(jù)匯總;2路以太網(wǎng)和2路USB負(fù)責(zé)與上位機(jī)通信。設(shè)計(jì)中使用USB接口建立通信管理機(jī)與4G模塊的硬件連接，通過信號(hào)基站接入互聯(lián)網(wǎng)，將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送到當(dāng)?shù)乇O(jiān)控后臺(tái)或遠(yuǎn)方調(diào)度中心。1．24G通道接口的融合設(shè)計(jì)的4G通道以USB接口方式融入系統(tǒng)，故在擴(kuò)展底板上設(shè)計(jì)2路USB2．0HighSpeed接口，支持設(shè)備即插即用和熱插拔的功能，USB2．0的最大傳輸速率為480Mbit/s，可以外接存儲(chǔ)擴(kuò)展設(shè)備或作為通信接口，圖2給出了USB接口連接4G模塊的硬件原理圖，分為驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)電路2部分。圖24G通道USB接口硬件原理圖在驅(qū)動(dòng)電路中，將USB1_ID引腳接地，使通信管理機(jī)的USB1接口作為主設(shè)備，4G模塊的USB接口作為從設(shè)備。USB1_VBUS的輸出控制引腳USB1_DＲV-VBUS為高電平時(shí)，通過三極管Q7放大電流，使得電流場效應(yīng)管Q1導(dǎo)通，從而驅(qū)動(dòng)USB控制器的電源輸入引腳USB1_VBUS為高電平。在信號(hào)電路中，，VDD_5V連接電源線引腳VBUS，為USB設(shè)備接口提供穩(wěn)定的5V電源，并在電路中間設(shè)計(jì)有保險(xiǎn)絲F1，當(dāng)電流過大時(shí)自動(dòng)切斷電路以保護(hù)設(shè)備不受損壞。為了便于后續(xù)調(diào)試，主設(shè)備端差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)線D+和D－上串聯(lián)共模抑制濾波器T1，從設(shè)備端D+和D－上串聯(lián)0Ω的電阻Ｒ11、Ｒ12，同時(shí)使用穩(wěn)壓二極管TVS穩(wěn)定信號(hào)電路，從而通過USB接口建立通信管理機(jī)與4G模塊的連接。選用的4G模塊型號(hào)是ME3620，此模塊穩(wěn)定易使用，支持移動(dòng)、聯(lián)通、電信的4G網(wǎng)絡(luò)制式(TD－LTE/FDD－LTE)，上、下行速率分別是50、100Mbit/s，還支持TD－SCDMA/WCDMA/GSM網(wǎng)絡(luò)制式，根據(jù)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，優(yōu)先連接4G網(wǎng)絡(luò);具有豐富的AT指令集，內(nèi)嵌TCP/IP和PPP協(xié)議;支持常用的SIM卡，以及APN專用卡、物聯(lián)網(wǎng)卡。1．3ＲS485擴(kuò)展通信接口ＲS485總
【作者單位】： 上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院;上海容之自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司;
【分類號(hào)】：TN929.53;TP277

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本文編號(hào)：2548148