GSM-модуль начального уровня WISMO 218
Новый модуль WISMO218 (рис. 1) появился на рынке в 2009 году и нацелен на применение в простых устройствах, где главным управляющим ядром системы выступает отдельный микроконтроллер. В отличие от беспроводных процессоров (WMP100, Q2687, Q64 и т.д.), WISMO 218 не допускает загрузку встроенных OPEN AT-приложений и работает как обычный беспроводной GSM-модем под управлением внешнего хост-процессора. Такое решение позволило заметно снизить цену GSM-модуля не в ущерб качеству - WISMO218 выпускается на производственной линии, которая сертифицирована по стандарту ISO TS 16949.
Рис. 1. GSM-модуль WISMO218
Модуль WISMO 218 проходит сборку и выходной контроль качества на том же оборудовании, что и беспроводные процессоры для автомобильных применений. Как и другие продукты Wavecom, новый GSM-модуль защищен от возможных претензий в области нарушения прав на интеллектуальную собственность, так как компания производит все необходимые отчисления держателям патентов в области GSM. Сфера применений нового модуля - системы промышленной телеметрии и безопасности, ЖКХ (АСКУЭ), автомобильные навигационные устройства и платежные терминалы. Технические характеристики модуля приведены в таблице 1.
Таблица 1. Технические характеристики WISMO 218
Передача данных | GSM, CSD, SMS, FAX, GPRS class10 |
---|---|
Память | Встроенная |
Радиочасть | GSM 900/1800 |
Чувствительность, дБм | -108 |
Выходная мощность | 33 дБм ±2 дБ (2 Вт) |
Питание модуля, В | 3,2...4,8 |
Рабочее напряжение ядра, В | 1,2 (вырабатывается внутренней схемой) |
Рабочее напряжение цифровой части, В | 2,8 (вырабатывается внутренней схемой) |
Потребление (min.) | 1,3 мА (Idle), 36 мкА (выкл.) |
Кодеки | HR, FR, EFR, AMR, quality VDA2A |
Аудио интерфейс | Один аналоговый звуковой канал |
Эхоподавление | Есть |
Часы реального времени | Есть, с календарем. |
Интерфейс управления | 1 UART (V24), линия ON/~OFF |
Аналоговые интерфейсы* | 1 ADC, 1 DAC, 2 PWM |
Цифровые интерфейсы | GPIO (3V Tolerant) |
Интерфейс отладки | SPI (Debug Traces) |
Дополнительные выходы индикации состояния | Индикатор включения передатчика, Готовность модуля |
Выход внутреннего стабилизатора | 2,8В, 50 мА (3 мА в режиме Sleep) |
СИМ-карта | Внешняя, 1,8/3 В |
Корпус | 46 краевых контактов, размер 25x25x2,5 мм |
Температура, °C | -30...75 |
Сертификаты | CE, GCF, China RTE, R&TTE |
* Не все линии дополнительных интерфейсов могут управляться с помощью АТ-команд в текущей версии Firmware. |
К несомненным достоинствам модуля можно отнести широкий диапазон напряжения питания (3,2...4,8 В) и низкий ток потребления в режиме ожидания (1,3 мА/Idle Mode Paging 9).
Конструктивное исполнение
Модуль WISMO218 имеет новое конструктивное исполнение в виде квадратной микросборки 25х25 мм с краевыми контактами (Castellation) для установки на основную плату методом поверхностного монтажа. Такое решение позволяет сэкономить на разъеме и предполагает автоматизированную установку модуля при производстве. При этом шаг выводов модуля достаточно широкий, что допускает и ручную пайку WISMO218 при создании прототипов и выпуске небольших партий продукции. Чертеж модуля приведен на рисунке 2.
Рис. 2. Расположение выводов WISMO218 и рекомендованный шаблон печатной платы
Для разработчиков предусмотрена специальная переходная плата с запаянным модулем WISMO218, которая вставляется в стандартную материнскую плату набора разработчика WMP100 DK (рис. 3). На данной переходной плате дополнительно распаяна микросхема моста SPI/UART для выдачи диагностических сообщений (Debug Traces). Эти элементы не нужны в реальном устройстве, тем не менее, Wavecom рекомендует предусмотреть на конечной плате изделия контрольные точки, которые в случае необходимости позволят снять диагностические данные.
Рис. 3. Отладочный комплект
Подключение антенны к модулю необходимо выполнять через согласованную 50-омную линию в виде дорожек печатной платы. Рекомендованный чертеж приведен на рисунке 4.
Рис. 4. Подключение антенны
Еще один возможный вариант - использование переходного кабеля типа CAB END/SMA (рис. 5). Залуженный конец кабеля можно распаять в непосредственной близости от антенного вывода WISMO218. (Варианты кабелей разной длины: CAB END/SMA KY2E 13 см, CAB END/SMA KY2E 26 см, CAB END/SMA S043 13 см). В этом случае можно будет подключать внешнюю антенну к ответной части разъема переходника, закрепленного в отверстии корпуса разрабатываемого устройства.
Рис. 5. Переходной кабель
Для монтажа WISMO218 возможно использование двусторонней печатной платы, хотя для лучшей изоляции аудиосигналов (снижения характерных TDMA-наводок) предпочтительна 4-слойная печатная плата (рис. 6).
Рис. 6. Пример печатной платы
При разводке аудиолиний (микрофон и динамик) следует использовать дифференциальные линии, идущие по плате параллельно и в окружении земляных полигонов (рис. 7).
Рис. 7. Разводка аудиосигналов
Не рекомендуется пересечение этих линий цифровыми линиями в соседних слоях. Полные рекомендации можно найти в разделе 3.10 документа [1].
Энергопитание и потребление
Модуль WISMO218 работоспособен в широком диапазоне напряжения питания - от 3,2 до 4,8 В, что позволяет использовать любой стандартный литий-ионный аккумулятор без дополнительных DC/DC-преобразователей. Разумеется, модуль может работать и от сетевого источника питания. В любом случае, к выбору источника питания следует отнестись очень тщательно, т.к. небрежно спроектированная схема питания может привести к трудноустранимым сбоям и нестабильной работе конечного устройства. Вследствие того, что GSM-передатчик включается только на короткое время (bursted emission), источник питания должен обеспечивать выходной ток не менее 1,4 А в импульсе длительностью 1154 мкс (при работе GPRS класса 10). При этом средний ток потребления WISMO218 в самом тяжелом GPRS-режиме при максимальной выходной мощности передатчика не превышает 369 мА. Средний же ток в режиме разговора лежит в пределах от 80 до 214 мА в зависимости от выходной мощности и используемого диапазона частот. Для подачи питания используется единственная линия VBATT. При работе от батарей суммарное сопротивление по линии питания (контакты «батареи-предохранитель-дорожки» печатной платы) должно быть менее 150 мОм.
Функции управления питанием позволяют переводить WISMO218 в различные режимы работы (табл. 2).
Таблица 2. Режимы работы WISMO218
Режим | Описание |
---|---|
OFF Mode | Напряжение питания подается на вывод Vbatt, но модуль еще не включен |
Alarm Mode | Таймер включения установлен, модуль ожидает времени включения, команда AT+CPOF введена, сигнал ON/~OFF не задействован (высокий уровень) |
Idle Mode | WISMO218 зарегистрирован в сети, но еще нет GSM/GPRS-соединения, UART переведен в режим Sleep. |
Connected Mode | WISMO218 находится в режиме GSM-голосового соединения. |
Transfer Mode | WISMO218 находится в режиме передачи данных GPRS. |
В режиме включения по таймеру ток потребления не превышает 44 мкА. В режиме Idle среднее потребление модуля составляет 1,3 мА, и это при нахождении в сети GSM, когда WISMO218 готов к приему входного звонка. Для выбора варианта перевода модуля в режим пониженного энергопотребления предусмотрена специальная команда AT+PSSLEEP. При установке AT+PSSLEEP=0 перевод модуля в режим пониженного энергопотребления производится с помощью линии DTR. В данном случае режимом сна управляет внешний хост-процессор. При подаче AT+PSSLEEP=1 переводом в режим сна занимается внутреннее ПО модуля (Firmware). WISMO218 будет «засыпать» каждый раз, когда возникает продолжительная пауза в передаче данных. Для вывода модуля из режима сна достаточно передать по UART любой ASCII-символ. Выбор оптимального режима приводит к значительному снижению энергопотребления и возможности продолжительной автономной работы при батарейном питании. Для достижения минимальных значений потребляемого тока в спящем режиме рекомендуется устанавливать правильные логические уровни на портах ввода-вывода [1, раздел 3.3.4]. Теоретический расчет показывает, что в режиме ожидания WISMO218 может непрерывно проработать более года при работе от одной батареи ER34615M (типоразмер «D», емкость 14 А/ч, напряжение 3,6 В, производитель EEMB [2]). Строго говоря, потребление зависит от множества факторов - сетевых настроек оператора сотовой связи, версии внутреннего ПО, удаленности от базовой станции и даже от типа СИМ-карты. В СИМ-карте используется внутренний процессор со своей операционной системой, поэтому СИМ-карты разных производителей дают разные задержки при обмене информацией с модулем.
Включение и выключение модуля
Включение-выключение модуля производится с помощью линии ON/~OFF. Линия ON/~OFF имеет резистор-подтяжку на внутренний стабилизатор +3 В, работающий постоянно (при наличии напряжения на выводе VBATT). Таким образом, по умолчанию, на неподключенной линии ON/~OFF всегда присутствует высокий потенциал. Для включения модуля необходимо подать низкий уровень на вывод ON/~OFF на время не менее 685 мс. В течение этого времени модуль кратковременно (примерно на 135 мс) выставляет линию WISMO_READY в «1», однако это еще не является сигналом о включении модуля. Линия WISMO_READY может быть использована для получения информации о статусе устройства только через 685 мс с момента замыкания линии ON/~OFF на землю (т.е. подачи логического «0»). После завершения всех внутренних последовательностей, связанных с включением различных узлов модуля, линия WISMO_READY устанавливается в логическую «1», сигнализируя хост-процессору о готовности к работе. Время полного включения зависит от разных факторов, в том числе - от температуры, и может достигать четырех секунд. Сигнал ON/~OFF можно оставлять в состоянии логического «0» до момента выключения питания. Возврат сигнала ON/~OFF в состояние логической «1» (например, путем отпускания нефиксируемой кнопки управления питанием) рекомендуется делать после установки сигнала WISMO_READY в логическую «1» (но не ранее, чем через 685 мс после нажатия). Диаграмма включения приведена в разделе 3.13.3.1 [1]. Выключение модуля можно производить аппаратным или программным способом. Для программного отключения модуля следует подать команду AT+CPOF. При этом линия ON/~OFF должна быть в состоянии логической «1». Для аппаратного отключения необходимо подать логический «0» заданной длительности на линию ON/~OFF. Команда на отключение AT+CPOF будет в этом случае выработана внутренним узлом модуля.
При получении команды AT+CPOF модуль будет произведена дерегистрация модуля из сети, затем на линии WISMO_READY установится логический «0». Это означает, что модуль более не может принимать AT-команды. Если при этом линия ON/~OFF находится в логической «1», то произойдет выключение модуля. Диаграмму всех сигналов выключения можно найти в разделе 3.13.3.2 [1].
Основной интерфейс управления
Для подачи управляющих команд и передаваемых данных используется 9-проводной UART-интерфейс с полным соответствием протоколу сигнализации V24. С точки зрения электрической совместимости модуль не поддерживает V28, так как линии UART имеют рабочее напряжение 2,8 В. Модем работает в диапазоне скоростей UART от 1200 до 115200 бит/сек с поддержкой режима автоопределения скорости. Для подключения к хост-процессору можно использовать различные схемы с использованием восьми, пяти или четырех линий. Режим работы только с линиями TXD и RXD допустим, но не рекомендован для применения. Управлением потоком данных в этом случае занимается приложение пользователя на хост-процессоре. Схема подключения WISMO218 к COM-порту ПК (в соответствии со спецификацией V28) приведена в разделе 3.6.3 [1] .
Подключение СИМ-карты
WISMO218 поддерживает работу с СИМ-картами с напряжением 1,8 и 3 В. На всех линиях к держателю СИМ-карты рекомендуется устанавливать защитные диоды с малой емкостью (не более 10 пФ, максимально близко к контактам СИМ-держателя). Это могут быть, например, DALC208SC6 от ST Microelectronics.
Литература
[1] WIreless Standard MOdem WISMO218. Product Technical Specification & Customer Design Guidelines. Reference:WA_DEV_W218_PTS_002
[2] http://catalog.compel.ru/dat/battery/EEMB/pdf/ER34615M.pdf.
(Окончание следует).
Получение технической информации, заказ образцов, поставка - e-mail: wireless.vesti@compel.ru
Ваш комментарий к статье | ||||