支持4G通道的自动化监控系统通信管理机开发

发布时间：2019-10-12 15:56

【摘要】：为了远程获取自动化监控系统中通信管理机采集的实时数据,设计了一种支持4G网络通道的通信管理机。基于ARM Cortex-A8内核的处理器,给出构建硬件系统平台的方法,设计了上行链路4G通道USB接口连接以及下行链路扩展通讯串口的硬件原理图。建立了软件系统三层结构模型,实现了适用于该硬件平台的Linux系统的移植,给出了支持4G模块的驱动程序加载方式,并通过移植PPP协议拨号套件,实现了装置自动握手联网。测试结果表明,开发的通信管理机的4G通道网络响应时间为24 ms,实现了一种支持无线远程实时数据高速传输的解决方案。
【图文】：

原理图,硬件系统,基本结构

胫С?［9］。本文根据通信管理机在自动化监控系统中的位置特点和数据传输需求，开发一种支持4G通道远程数据传输的通信管理机。分析装置上行链路数据传送和下行链路数据采集接口的硬件设计，给出4G模块的软件驱动和自动握手联网的实现方法，最后通过网络响应时间和数据传输测试，验证了该装置的实时可靠性，开发的通信管理机为自动化监控系统支持4G通道提供了一种解决方案。1硬件系统设计1．1硬件系统结构组成采用模块化方法设计通信管理机的硬件系统，包括电源板、控制器主板、扩展底板3部分，其基本结构如图1所示，电源板为系统提供稳定的5V电源;控制器主板上集成工业级AM3358处理器，其是基于AＲMCortex－A8内核的MPU，运行主频为1GHz。图1硬件系统基本结构扩展底板上设计有多种用于连接外部设备的通信接口，其中ＲS232串口和TF卡用于系统功能开发与调试;由继电器驱动的2路开出用于遥控开关和集中报警;2路CAN总线与8路ＲS485串口是下行链路数据采集接口，将多种不同规约设备采集的数据汇总;2路以太网和2路USB负责与上位机通信。设计中使用USB接口建立通信管理机与4G模块的硬件连接，通过信号基站接入互联网，将数据远程发送到当地监控后台或远方调度中心。1．24G通道接口的融合设计的4G通道以USB接口方式融入系统，故在扩展底板上设计2路USB2．0HighSpeed接口，支持设备即插即用和热插拔的功能，USB2．0的最大传输速率为480Mbit/s，可以外接存储扩展设备或作为通信接口，图2给出了USB接口连接4G模块的硬件原理图，分为驱动电路和信号电路2部分。图24G通道USB接口硬件原理图在驱动电路中，将USB1_ID引脚接地，使通信管理机的USB1接口作为主设备，4G模块的USB接口作为从设备。USB1_VBUS的输出控制引脚USB1_DＲV

原理图,USB接口,硬件,通道

链路数据采集接口，将多种不同规约设备采集的数据汇总;2路以太网和2路USB负责与上位机通信。设计中使用USB接口建立通信管理机与4G模块的硬件连接，通过信号基站接入互联网，将数据远程发送到当地监控后台或远方调度中心。1．24G通道接口的融合设计的4G通道以USB接口方式融入系统，故在扩展底板上设计2路USB2．0HighSpeed接口，支持设备即插即用和热插拔的功能，USB2．0的最大传输速率为480Mbit/s，可以外接存储扩展设备或作为通信接口，图2给出了USB接口连接4G模块的硬件原理图，分为驱动电路和信号电路2部分。图24G通道USB接口硬件原理图在驱动电路中，将USB1_ID引脚接地，使通信管理机的USB1接口作为主设备，4G模块的USB接口作为从设备。USB1_VBUS的输出控制引脚USB1_DＲV-VBUS为高电平时，通过三极管Q7放大电流，使得电流场效应管Q1导通，从而驱动USB控制器的电源输入引脚USB1_VBUS为高电平。在信号电路中，，VDD_5V连接电源线引脚VBUS，为USB设备接口提供稳定的5V电源，并在电路中间设计有保险丝F1，当电流过大时自动切断电路以保护设备不受损坏。为了便于后续调试，主设备端差分数据信号线D+和D－上串联共模抑制滤波器T1，从设备端D+和D－上串联0Ω的电阻Ｒ11、Ｒ12，同时使用稳压二极管TVS稳定信号电路，从而通过USB接口建立通信管理机与4G模块的连接。选用的4G模块型号是ME3620，此模块稳定易使用，支持移动、联通、电信的4G网络制式(TD－LTE/FDD－LTE)，上、下行速率分别是50、100Mbit/s，还支持TD－SCDMA/WCDMA/GSM网络制式，根据现场网络信号，优先连接4G网络;具有丰富的AT指令集，内嵌TCP/IP和PPP协议;支持常用的SIM卡，以及APN专用卡、物联网卡。1．3ＲS485扩展通信接口ＲS485总
【作者单位】：上海理工大学机械工程学院;上海容之自动化系统有限公司;
【分类号】：TN929.53;TP277

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