CC BY
170Компоненты и технологии, № 9'2004
ОБМ/вРРБ-терминалы и модули Бопу Епоббоп
с расширенным температурным диапазоном и программируемым интерфейсом
Сегодня можно наблюдать, как день ото дня на российском рынке усиливается конкурентная борьба между ведущими мировыми производителями GSM/GPRS-модулей, такими как Siemens, Sony Ericsson, Wavecom, Motorola, SAGEM. Среди продукции первой пятерки мировых производителей, официально представленных на рынке России, GSM/GPRS-модули и терминалы Sony Ericsson выделяются прежде всего расширенным температурным диапазоном (до -40 °С) и гибким перепрограммируемым интерфейсом пользователя, максимально адаптированным для приложений М2М. В статье дается обзор GSM/GPRS-модулей и терминалов Sony Ericsson, а также средств разработки программ пользователей.
S
I
Олег Воробьев
Им
з-за различий в переводах технической документации в статьях часто встречаются противоречивые названия. Ниже перечислены термины и сокращения, которые будут использоваться в нашем тексте.
Под «областью применения М2М» (machine-to-machine) подразумевается область взаимодействия между различными машинами, аппаратами и механизмами.
Под термином «GSM/GPRS-модуль» подразумевается базовый бескорпусный элемент, для запуска в работу которого необходимы дополнительные элементы и оборудование, такие как схемы электропитания цифрового и радиочастотного блоков, аудиосистема, интерфейсы и разъемы для связи с внешними устройствами, держатель и интерфейс SIM-карты, гарнитура, периферия, корпус, антенна и т. д.
Под термином «GSM/GPRS-терминал» понимается полностью готовое к эксплуатации устройство, не требующее никаких дополнительных доработок.
Один из мировых лидеров в разработке и производстве GSM/GPRS-модулей и терминалов, фирма Sony Ericsson представляет линейку продукции, необходимой для решения широкого круга задач в области беспроводной телеметрии, М2М-примене-ний, сотовой телефонии и в других областях науки и техники.
Продукция Sony Ericsson предназначена для использования в мобильных телефонах, автомобильной электронике (навигационные блоки охранные системы, контроль параметров двигателя и тормозов), в промышленных системах контроля координат (подъемные краны, лифты, транспортеры), торговых автоматах, домашних и офисных системах безопасности и контроля доступа, информационных табло с дистанционным управлением, беспроводных системах контроля параметров промышленных удаленных объектов, беспроводных счетчиках электроэнергии, воды и газа.
Продукция для связи GSM/GPRS компании Sony Ericsson выпускается как в виде модулей (серии
GM47, GM41, GR47), так и в виде терминалов (серии GT47, GM29).
Все изделия Sony Ericsson имеют необходимые российские и международные сертификаты и, что немаловажно, собственный номер IMEI.
Российские разработчики уже имели возможность познакомиться с продукцией Sony Ericsson [1, 2].
Ниже приведены обобщенные сводные данные, на примере которых автор постарался выделить уникальные черты GSM/GPRS-модулей и терминалов Sony Ericsson, делающие эти изделия наиболее привлекательными для российского рынка:
• расширенный температурный диапазон;
• универсальный перепрограммируемый интерфейс пользователя, максимально адаптированный для применения в различных областях промышленности;
• возможность использования внутреннего микроконтроллера модулей для управления внешними устройствами;
• конструктивные особенности модулей, позволяющие эксплуатировать их в жестких условиях при больших перепадах температур, вибрациях и перегрузках.
Базовые GSM/GPRS-модули
Модели GM47, GM41, GR47 являются базовыми GSM/GPRS-модулями Sony Ericsson.
Эти модели представляют собой приемо-передат-чики GSM/GPRS на частоты 900/1800 МГц, совместимые со стандартом GSM Phase 2+, GPRS (класс 8) с выходной мощностью 2 Вт 900 МГц/1 Вт 1800 МГц и чувствительностью 102 дБм.
Следует отметить, что Sony Ericsson целенаправленно не создала устройство с поддержкой GPRS класса 10, поскольку количество GSM-сетей с поддержкой этого класса значительно меньше сетей с поддержкой класса 8, а избыточная функциональность приводит к удорожанию изделия и лишнему энергопотреблению.
O-
Компоненты и технологии, № 9'2004
Модули GM47 и GR47 имеют одинаковый конструктив и полностью совместимы по разъему. Различие между этими моделями заключается в дополнительных опциях. Модуль GR47 функционально аналогичен GM47, но позволяет использовать собственные приложения пользователя, а также обладает более богатой периферией, о чем подробнее будет сказано ниже. Модель GM41 специально разработана для работы в экстремальных условиях.
Внешний вид модуля GR47 показан на рис. 1. Размеры составляют 50x33x7,2 мм.
Для подключения антенны используется стандартный разъем MMCX.
Все интерфейсные группы выведены на надежный 60-контактный разъем с шагом 1,27 мм.
На этом разъеме объединены следующие интерфейсы:
• полный интерфейс RS-232 (UART1) с поддержкой АТ-команд;
• до девяти линий ввода-вывода общего назначения;
• четыре цифровых выхода и один цифровой вход;
• два последовательных (UART2, UART3);
• PCM-интерфейс;
• выход на зуммер;
• три базовых АЦП (два дополнительных при переконфигурировании) — 8 бит от 0 до 2,75 В;
• один ЦАП — 8 бит от 0,4 до 2,6 В;
• источник питания внешней SIM-карты;
• два микрофонных входа и два выхода на динамик.
Особо следует подчеркнуть уникальную функцию GR47, предоставляющую разработчикам возможность переконфигурирования с помощью АТ-команд линий ввода-вывода общего назначения и цифровых входов и выхода для формирования различных аппаратных интерфейсов.
Эта опция позволяет при необходимости переконфигурировать выводы общего интерфейсного разъема и дополнительно сформировать:
• еще 2 АЦП — в добавление к трем уже имеющимся;
• подключение клавиатурной матрицы 5x4;
• интерфейс I2C;
• интерфейс M-Bus;
• интерфейс SPI (не имеет мировых аналогов). Всего модуль GR47 имеет три последовательных интерфейса — UART1/2/3.
UART1 — это полнофункциональный интерфейс RS-232 со всеми служебными сигналами, предназначенный для управления модулем с помощью АТ-команд, а также для обновления пользовательского встраиваемого приложения.
Интерфейс UART2 предназначен для обновления базового программного обеспечения и для выдачи отладочной информации от встраиваемого приложения.
Последовательный интерфейс UART3 имеет возможность подключения к нему различных внешних устройств, например GPS-приемника или модуля Bluetooth.
В результате встраиваемое приложение может общаться с внешним устройством по последовательному интерфейсу.
В модуле реализована программная поддержка обработки GPS-сообщений, что позволяет упростить схемотехническое решение системы на основе внешнего управляющего контроллера, GSM-модуля и GPS-приемника. С управляющего контроллера снимается задача подключения двух устройств по последовательному интерфейсу с разными скоростями. Например, контроллер подключается к модулю на скорости 115,2 кбит/с, а GPS-приемник — на скорости 4,8 или 9,6 кбит/с.
Наличие интерфейса PCM позволяет использовать дополнительные элементы для решения задачи эхоподавления в системах с громкой связью.
Необходимо также отметить достоинство самого 60-контактного разъема. Разъем имеет шаг 1,27 мм, что позволяет сделать более надежным механическое соединение модуля с материнской платой и свести к минимуму замыкания, обусловленные токопроводящей пылью и конденсатом.
Очень важное значение для производителей удаленных GSM-устройств, работающих автономно без внешнего ПК, имеет встроенный стек TCP/UDP/IP.
Последнее обновление базового программного обеспечения для модулей GM47 и GR47 позволяет создавать как входящее, так и исходящее TCP-соединение для любых портов. В этих моделях имеется также возможность отправлять и передавать UDP-пакеты или использовать собственный протокол передачи данных поверх IP-протокола. Это позволяет легко и быстро подключаться к сети Интернет. Встроенный стек TCP/IP дает возможность работать с электронной почтой и пересылать прикрепленные файлы, эффективно передавать данные в режиме GPRS, осуществлять мониторинг, поиск и обновление информации в сетях Интернет.
Управление модулем при работе со стеком TCP/IP реализуется с помощью специальных АТ-команд. Благодаря встроенным блочным
функциям практическое использование модуля отличается исключительной простотой и надежностью.
Приведем основные технические характеристики модуля (более подробную информацию можно найти в технической документации [3-5]).
Основные параметры модуля GR47:
• напряжение питания в диапазоне 3,4-4 В;
• средний ток потребления: в режиме связи — 250 мА, в режиме GPRS — 350 мА, в режиме ожидания — 5 мА;
• размеры составляют 50x33x7,2 мм;
• рабочая температура: по полной спецификации -30...+ 75 °С, по сокращенной спецификации -40...+ 85 °С;
• вес 18,5 г.
Тракты передачи и приема данных:
• в сети с коммутацией каналов (CSD) до 9600 бит/c;
• в высокоскоростной сети с коммутацией каналов (HSCSD) до 28800 бит/с;
• в сети с пакетной коммутацией (GPRS класс 8) до 85600 бит/c;
• прием и отправка факсов;
• прием-передача коротких сообщений в текстовом и PDU-режимах с возможностью объединения до 6 SMS;
• управление режимами передачи с помощью АТ-команд;
• скорости передачи данных от1,2 до 460,8 кбит/с.
Тракты передачи и приема речи:
• полноскоростной режим (Full Rate);
• полускоростной режим (Half Rate);
• улучшенное качество речи (Enhanced Full Rate);
• эхоподавление и уменьшение шумов;
• передача сигналов DTMF. Функциональные возможности:
• аварийный вызов;
• переадресация и блокирование вызовов;
• ожидание и удержание вызова;
• конференц-связь и определитель номера;
• уведомление о разряде аккумулятора;
• USSD;
нам „,и5„еТ!
Компоненты и технологии, № 9'2004
е-
Qi
S
I
• автоматический выбор рабочего диапазона частот;
• использование PIN-кода;
• получение данных о температуре;
• телефонная книга на 100 номеров;
• часы реального времени;
• будильник и календарь;
• закрытый список пользователей;
• дозвон по фиксированным номерам;
• регулировка громкости звука.
Из других наиболее значимых дополнительных функций модуля GR47 следует отметить возможность создания собственных приложений пользователя. Это позволяет отказаться от внешнего микроконтроллера, управляющего периферийными устройствами, а также добиться дополнительного снижения общей стоимости проекта за счет исключения памяти и других внешних компонентов.
Возможность создания встроенного приложения — это опция, которая принципиально отличает модуль GR47 от других модулей GSM компании Sony Ericsson. В ряде случаев для решения всех задач в разрабатываемом изделии может быть достаточно тех программно-аппаратных ресурсов, которые предоставляет модуль GR47. В этом случае себестоимость конечного изделия значительно сокращается. Для написания и отладки встроенного приложения служит специальная среда разработки M2mpower IDE. Особенности проектирования встроенного приложения и средства для разработки будут описаны ниже.
Модуль GM41 — уникальное в своем роде изделие на рынке GSM-устройств. Модуль был разработан компанией Sony Ericsson специально для использования в автомобильном транспорте. Устройство также успешно применяется и для работы в других жестких эксплута-ционных условиях.
Из отличительных особенностей этой модели прежде всего, нужно отметить расширенный до -40 и +85 °С температурный диапазон, в котором модуль реально сохраняет все заявленные производителем технические характеристики работы в режимах GSM
и GPRS. Подобные изделия в настоящее время не предлагает ни одна другая фирма в мире. Внешний вид модуля показан на рис. 2. Характеристики модуля GM41:
• рабочий температурный диапазон:
-40.. .+85 °С по полной спецификации;
• характеристики GSM идентичны модулям GM47 и GR47;
• повышенная виброустойчивость;
• производство согласно QS 9000;
• наличие двух интерфейсов SIM-карт;
• габаритные размеры составляют 103x49,5x7,5 мм;
• вес 45 г.
Следует обратить внимание на то, что в модуле GM41, в отличие от GR47, не предусмотрена возможность создания приложений пользователя.
CM41 выполнен на отдельной плате с технологическими отверстиями для крепежа на стойки. Интерфейсный разъем GM41 отличается от разъема модулей GM47 и GR47. Подробную информацию о модуле GM41 можно найти в документации [6].
GSM/GPRS-терминалы Sony Ericsson
На базе модулей GM47 и GR47 компанией Sony Ericsson производятся терминалы GM29 и GT47 соответственно.
Внешний вид терминала GT47 показан на рис. 3.
Модели GM29 и GT47 — это готовые к использованию внешние GSM/GPRS-терминалы стандарта GSM 900/1800, GPRS класса 8.
Основные технические и функциональные характеристики терминалов GM29 и GT47 соответствуют базовым модулям GM47 и GR47.
Терминалы GM29 и GT47 выполнены в одинаковых корпусах из ударопрочного полистирола. На верхней крышке корпуса имеется держатель SIM-карты. На боковых стенках размещены индикатор режима работы, интерфейсные разъемы, разъемы для подачи питания, антенный разъем.
Внешняя антенна в этих двух моделях подсоединяется через стандартный разъем FME.
В модели GT47 интерфейсные группы выведены на внешний 15-контактный разъем, объединяющий:
• шину RS-232 с поддержкой команд;
• один АЦП или цифровой вход (конфигурируемый);
• два цифровых входа и два цифровых выхода (конфигурируемые);
• индикатор входящего вызова;
• подключение источника питания;
• расширенные цифровые линии ввода-вывода;
• четырехпроводный аудиоинтерфейс. Основные параметры GT47:
• напряжение питания в диапазоне 5-32 В;
• средний ток потребления: в режиме связи — 250 мА, в режиме GPRS — 350 мА, в режиме ожидания — 15 мА;
• габариты составляют 77x67x26 мм;
• рабочая температура -30...+75 °С;
• вес 110 г.
Из уникальных характеристик GT47, выделяющих этот терминал из класса аналогичных устройств, следует отметить возможность конфигурации 15-контактного интерфейса под конкретные проекты пользователя. Эта функция позволяет разработчикам с помощью специальных АТ-команд сформировать оптимальный набор вводов-выводов, необходимый для конкретной задачи.
При использовании этой опции появляется возможность применения в терминале GT47 двух последовательных интерфейсов RS-232 (EIA/TIA 574), дополнительных АЦП и GPIO (1-AI, 3-DI, 5DO), вывода стабилизированного напряжения (4,8 В, 75 мА) для питания внешних датчиков.
Терминал GT47 имеет встроенный стек TCP/IP, позволяющий использовать его в качестве удаленного, автономного, законченного средства для выхода в Интернет.
Модель GT47 может быть использована в комплекте с любым GPS-навигатором. При этом второй последовательный интерфейс терминала GT47 с четырьмя сигнальными линиями (Rx, Tx, CTS, RTS) и GND может быть задействован для управления внешним GPS-приемником с помощью до- www.finestreet.ru------------------------
O-
Компоненты и технологии, № 9'2004
полнительного программного обеспечения пользователя.
В терминале GT47 также имеются выводы (контакты под пайку) для подключения сильноточных линий различных переключателей и реле, позволяющие создавать схемы беспроводного дистанционного управления мощными устройствами.
В данной модели предусмотрено универсальное питание от +5 до +32 В с защитой от перегрузок. Контроль уровня напряжения питания осуществляется через GPIO с помощью АТ-команд. Из других полезных особенностей можно отметить возможность внешнего аппаратного и программного управления режимами работы (спящий, ожидание, активная связь).
Полезной опцией является также поддержка факса (группа 3, класс 1, 2). Для реализации громкой связи может быть использован перепрограммируемый, управляемый АТ-командами аудио-интерфейс, позволяющий работать с самыми различными внешними устройствами. Кроме того, в терминале GT47 имеются часы реального времени (сохранение данных в течение 3 часов после полного отключения питания).
Как и в базовом модуле, в терминале GT47 имеется возможность создания собственных программ пользователя и загрузки готовых для управления внешними устройствами.
Модель GM29 — более простой и дешевый внешний GSM/GPRS-терминал стандарта GSM 900/1800, GPRS класса 8.
На 9-контактный интерфейсный разъем модели GM29 выведен только RS-232 (8 контактов). Девятый контакт разъема заведен на индикатор входящего вызова (ring indicator). Терминал выполняет все стандартные функции, которые могут быть реализованы с помощью АТ-команд через RS-232.
Набор состоит из отладочной платы со всеми разведенными интерфейсами, модуля ОИ47, интерфейсных кабелей, антенны и источника питания. Модули ОИ47 и ОМ47 подключаются непосредственно на плату, а модуль ОМ41 — через переходной кабель.
В упрощенном варианте разработка приложений пользователя осуществляется по следующей схеме. Все действия производятся в рамках интегрированной среды M2mpower ГОЕ. Алгоритм работы встраиваемого приложения описывается на Си-образ-ном языке с помощью специального редактора. Целесообразно алгоритм работы представить в виде некого бесконечного цикла с машиной состояний. При этом, для приложения недоступны прерывания, и машина состояний строится на основе анализа флагов, чтения данных с портов и т. д. Для проверки скрипта его запускают сначала на интерпретаторе. После получения синтаксически правильного скрипта его можно загрузить непосредственно в модуль. Необходимо сделать акцент на том, что в модуль загружается именно скрипт, а не выполняемый командный файл. В модуле находится интерпретатор скрипта, взаимодействующий с внутренним менеджером памяти и библиотекой функций, работающей непосредственно с базовым ПО. При такой организации построения встраиваемого приложения нет даже потенциальной возможности за счет некорректного кода нарушить работу базового программного обеспечения.
В качестве несомненных плюсов подобного решения необходимо отметить простоту написания кода в упрощенном варианте — в виде скрипта.
Кроме того, при отладке готового приложения интерпретатор гарантирует невмешательство пользовательского кода в работу базового ПО, что в свою очередь существенно
упрощает сам процесс отладки. Для аппаратной поддержки при отладке приложения используется порт UART2, через который можно выводить отладочную информацию простым использованием в скрипте функции наподобие printf.
Поскольку встраиваемые приложения не предназначены для решения каких-либо сложных и ресурсоемких задач, то модуль в первую очередь обеспечивает работу GSM, а сторонняя пользовательская задача выполняется с минимальным приоритетом. Поэтому потери в производительности при работе интерпретатора не являются критичными для данного класса задач.
Необходимость использования отладочного комплекта для написания и загрузки программ пользователя в модуль повышает надежность и конфиденциальность доступа в разрабатываемые системы.
Заключение
Приведенный обзор основных технических характеристик GSM/GPRS-модулей Sony Ericsson позволяет увидеть преимущества, которые предлагает эта фирма разработчикам различных систем и устройств с передачей данных и голосовой информации по GSM/GPRS-каналу. МИ
Литература
1. Д. Никишин Продукция Sony Ericsson для беспроводной связи // Вестник электроники. 2004. № 2.
2. А. Щукин GSM-модули и модемы компании Sony Ericsson // Электронные компоненты. 2004. № 5.
3. GM47-48 Tech description R1C
4. GR47-48 Technical Description R1B
5. GR47 GR48 Integrator's Manual R1A
6. GM41 Integrators Manual R1F
Средства разработки программ пользователя M2mpower
Ключевой особенностью модуля GR47 является возможность использования аппаратно-программного ресурса самого модуля для работы с дополнительными приложениями пользователя.
Фирма Sony Ericsson предлагает для разработки и загрузки приложений использовать продукт под названием M2mpower, состоящий из отладочного комплекта и набора программного обеспечения.
В качестве отладочного комплекта может быть использован либо «Универсальный набор разработчика», либо «Отладочный комплект на базе GT47», включающий терминал GT47, антенну, источник питания, интерфейсные кабели, гарнитуру и документацию.
Набор программного обеспечения «M2mpow-er package CD» содержит интегрированную среду разработки «M2mpower IDE», редактор, интерпретатор, примеры скриптов, техническую документацию.
При работе со всей линейкой модулей компании Sony Ericsson рекомендуется использовать «Универсальный набор разработчика».
нам „,„5„еТ.
