CC BY
53Компоненты и технологии, № 4'2005 Компоненты
Встраиваемые телеметрические модемы GSM/GPRS
производства фирмы «ТЭСС Северо-Запад»
В статье рассмотрены встраиваемые GSM/GPRS-модемы серии МТ-04, предназначенные для интеграции в компьютеры центральных диспетчерских пунктов сбора и обработки данных. Модемы этой серии изготовлены на базе модулей различных производителей и предназначены для монтажа на материнскую плату стандартных ПК. Одной из наиболее значимых опций в модемах МТ-04-ххх является прикладное программное обеспечение. В моделях серии представлены модули производства Siemens, Sony Ericsson, ENFORA, WAVECOM с приложениями пользователя, которые отличаются друг от друга различной степенью сложности и детализации.
Виктор Алексеев, к. ф.-м. н.
Дмитрий Моисеенко, к. т. н.
Введение
Фирма «ТЭСС Северо-Запад» входит в состав холдинга «Группа Компаний ТЭСС» (www.telemetry. spb.ru). Холдинг, основанный в 1996 году, в настоящее время занимается разработкой и производством GSM/GPRS-оборудования для промышленной телеметрии. Холдинг производит полный комплект GSM/GPRS-оборудования, необходимого для реализации проектов в области промышленной GSM-телеметрии.
Изготовление оборудования осуществляется на контрактных производствах. При этом ТЭСС проводит тщательный и полный контроль качества на всех этапах производства.
Модели серии МТ-04 представляют собой встраиваемые модемы GSM/GPRS 900/1800 МГц, пригодные для приема и передачи практически любой телеметрической информации. Модели этой серии были разработаны «ТЭСС Северо-Запад» специально для интеграции в компьютеры центральных диспетчерских пунктов сбора и обработки данных.
Модемы серии MT-04-xx могут быть изготовлены на базе GSM/GPRS-модулей различных производителей. Поэтому на стадии разработки проекта заказчик может заказать модель, максимально соответствующую другим узлам и блокам проектируемого устройства. При этом можно выбрать модем с необходимым набором интерфейсов и дополнительных функций.
Это позволяет заказчику избежать возможных ошибок, сэкономить время и деньги на стадии проектирования. Кроме того, на стадиях разработки и отладки изделия можно быстро и точно диагностировать причины неустойчивой работы интегрированных модемов и своевременно вносить соответствующие корректирующие изменения в программную и аппаратную часть.
Модемы серии МТ-04-хх
Телеметрические модемы GSM/GPRS серии MT-04 — это двухдиапазонные внешние GSM/GPRS-модемы, удовлетворяющие стандарту EGSM 900/1800 МГц.
Модели серии МТ-04 вставляются в слот PCI и запи-тываются непосредственно от материнской платы ПК без дополнительных проводов и разъемов. Модемы этой серии замыкают линейку изделий от одного производителя, предназначенных для комплексных телеметрических систем беспроводной связи GSM/GPRS, включающих «Целевой контроллер», «Удаленный терминал», «Центральный диспетчерский пункт».
Учитывая требования заказчиков, ТЭСС выпускает встраиваемые модемы, изготовленные на базе модулей различных производителей.
В настоящее время выпускаются следующие модемы серии МТ:
• МТ-04-01 — модем с модулем Siemens TC45-Java, встраиваемый в ПК (питание от шины PCI);
• МТ-04-02 — модем с модулем Sony-Ericsson GM47, встраиваемый в ПК (питание от шины PCI);
• МТ-04-03 — модем с модулем Wavecom Q2400/06, встраиваемый в ПК (питание от шины PCI);
• МТ-04-04 — модем с модулем ENFORA GSM0108, встраиваемый в ПК (питание от шины PCI);
• МТ-04-05 — модем с модулем Quad-band GSM/GPRS module Chi Mei Communication Systems, встраиваемый в ПК (питание от шины PCI).
Такой подход позволяет использовать те или иные преимущества продукции ведущих мировых производителей GSM/GPRS-модулей и максимально полно удовлетворить потребности заказчиков. Модули серии МТ выпускаются с интерфейсом RS-232.
Серия МТ-04-хх является универсальной и разработана на основе принципа, согласно которому базовые комплектующие должны иметь как минимум
Компоненты и технологии, № 4'2005
Компоненты
Рисунок. Внешний вид модема MT-G4-Gl с модулем Siemens TC-45-Java
Таблица 1. Функциональное назначение выводов 26-контактного разъема моделей серии МТ-04-хх
Номер вывода Назначение вывода
МТ-04-01, Siemens TC-45-Java МТ-04-02, Sony-Ericsson GM-47 МТ-04-03, Wavecom Q-2400/06 МТ-04-04, ENFORA GSM0108 МТ-04-04-1, ENFORA GSM0108 (RS-422/485) МТ-04-05, CMCS Quad-Band GSM/GPRS МТ-04-05-1, CMCS Quad-Band GSM/GPRS (RS-422/485)
і Reset Reset Reset Reset Reset Reset Reset
2 MP1 MP1 MP1 MP1 MP1 MP1 MP1
3 MN1 MN1 MN1 MN1 MN1 MN1 MN1
4 GND GND GND GND GND GND GND
б Reserv Reserv Reserv Reserv Reserv Reserv Reserv
6 CTS1 (RS-232) CTS1 (RS-232) CTS1 (RS-232) CTS1 (RS-232) CTS1 (RS-232) CTS1 (RS-232) CTS1 (RS-232)
Z RTS1 (RS-232) RTS1 (RS-232) RTS1 (RS-232) RTS1 (RS-232) RTS1 (RS-232) RTS1 (RS-232) RTS1 (RS-232)
8 DCD1 (RS-232) DCD1 (RS-232) DCD1 (RS-232) DCD1 (RS-232) DCD1 (RS-232) DCD1 (RS-232) DCD1 (RS-232)
9 TD1 (RS-232) TD1 (RS-232) TD1 (RS-232) TD1 (RS-232) TD1 (RS-232) TD1 (RS-232) TD1 (RS-232)
lG RFSDAI ADC2 AUXVO ADC2 ADC2 ADC2 ADC2
ll EPP1 EPP1 EPP1 EPP1 EPP1 EPP1 EPP1
l2 EPN1 EPN1 EPN1 EPN1 EPN1 EPN1 EPN1
l3 BOOT BOOT BOOT Reserv Reserv Reserv Reserv
l4 Reserv Reserv Reserv VMIC VMIC Reserv Reserv
15 DTR1 (RS-232) DTR1 (RS-232) DTR1 (RS-232) DTR1 (RS-232) DTR1 (RS-232) DTR1 (RS-232) DTR1 (RS-232)
l6 RI1 (RS-232) RI1 (RS-232) RI1 (RS-232) RI1 (RS-232) RI1 (RS-232) RI1 (RS-232) RI1 (RS-232)
1Z DSR1 (RS-232) DSR1 (RS-232) DSR1 (RS-232) DSR1 (RS-232) DSR1 (RS-232) DSR1 (RS-232) DSR1 (RS-232)
18 RD1 (RS-232) RD1 (RS-232) RD1 (RS-232) RD1 (RS-232) RD1 (RS-232) RD1 (RS-232) RD1 (RS-232)
19 TXDDAI I/O 1 I/O 4 I/O 4 A (RS-422/485) Reserv A (RS-422/485)
2G SCLK I/O 3 I/O G I/O 2 B (RS-422/485) Reserv B (RS-422/485)
21 TFSDAI I/O 4 GPI I/O 3 Y (RS-422/485) Reserv Y (RS-422/485)
22 RXDDAI I/O 2 I/O б I/O 4 Z (RS-422/485) Reserv Z (RS-422/485)
23 RD 2 (RS-232) RD 2 (RS-232) Reserv I/O б I/O б RD 2 (RS-232) RD 2 (RS-232)
24 RTS 2 (RS-232) TD 3 (RS-232) Reserv I/O 6 I/O 6 TD 2 (RS-232) TD 2 (RS-232)
2б CTS 2 (RS-232) RD 3 (RS-232) Reserv I/O Z I/O Z ADC 1 ADC 1
26 TD 2 (RS-232) TD 2 (RS-232) Reserv I/O 8 I/O 8 ADC 3 ADC 3
один полный аналог. Такой подход позволяет оградить заказчиков от возможных проблем, связанных с поставками от предприя-тий-изготовителей комплектующих, а также упростить ремонт и модернизацию устаревших изделий.
При этом пользователям предоставляется возможность модернизации оборудования в будущем, наряду с жесткой стандартизацией конструктива основного модема.
Внешний вид моделей серии МТ-04-хх показан на рисунке.
Модели серии оснащены планкой для крепления в корпусе компьютера, на которой установлены 26-контактный интерфейсный разъем и разъем для подключения внешней антенны (SMA или FME по требованию заказчика). На заднюю планку также вынесены держатель SIM-карты и светодиодные индикаторы режимов работы.
На 26-контактном разъеме выведены сигналы RS-232 и контакты пользовательских вводов-выводов, которые соответствуют возможностям базового модуля (Q2406B-IP WAVECOM, GR47, GM47R5, Sony Ericsson, TC-45 Java Siemens, GSM0108 ENFORA, GSM module CMSC).
Описание функционального назначения выводов 26-контактного разъема моделей серии МТ-04-хх дано в таблице 1.
Интерфейсный разъем «I/O» позволяет использовать дополнительный UART, что необходимо для записи в модуль приложений пользователя. Кроме того, на этот разъем выведены сигналы для подключения микрофона и спикерфона для осуществления голосовой связи.
Внешний держатель SIM-карты на задней стенке модуля позволяет при необходимости быстро сменить SIM-карту, а также убирать карту при перерывах в работе.
Светодиодная индикация определяет следующие режимы работы:
• модем включен (соединен с сетью);
• ждущий режим (режим передачи);
• модем выключен (неактивен, не соединен
с сетью).
Основные технические характеристики моделей серии МТ-04-хх приведены в таблице 2.
Базовые характеристики моделей серии МТ-04-хх очень близки между собой. Различия заключаются в дополнительных функциях. Из таких функций следует, прежде всего, отметить встроенный TCP/IP-стек, расширенные пользовательские входы-выходы и средства разработки приложений пользователя.
В моделях ENFORA G0107, GR47 Sony Ericsson и Q2406B WAVECOM имеется встроенный TCP/IP-стек, поэтому для них не требуется никаких дополнительных внешних устройств для передачи файлов и работы с электронной почтой в режиме GPRS.
Работа с TCP/IP-стеком и потоком данных в этих модулях осуществляется через RS-232 с помощью специальных АТ-команд. Управление интернет-соединением и инициализация реализуются автоматически, а клиент FTP позволяет принимать и передавать файлы.
Базовое программное обеспечение модулей обеспечивает совместимость с PPP RFC при подключении к любому ISP с одним динамическим адресом IP на устройство. При этом протокол IPv4 гарантирует совместимость с RFC.
Из других наиболее значимых дополнительных функций, представленных в таблице 2, следует отметить возможность создания собственных приложений пользователя для модулей TC-45-Java Siemens, GR47, Sony Ericsson, Q2400/Q2406B WAVECOM. Это позволяет отказаться от внешнего микроконтроллера, управляющего периферийными устройствами, и добиться снижения общей стоимости проекта за счет исключения памяти и других дополнительных внешних компонентов.
Модем МТ-04-01 с модулем TC45 Siemens свободно программируется на языке Java, что позволяет быстро и без больших затрат создавать новые приложения в сегменте М2М. Благодаря использованию широко распространенной платформы J2ME (Java 2 Micro Edition) задачи модема МТ-04-01 не ограничиваются
Компоненты и технологии, № 4'2005
Компоненты
Таблица 2. Основные технические характеристики моделей серии МТ-04-хх
Наименование параметра МТ-04-01 МТ-04-02 МТ-04-03 МТ-04-04 МТ-04-05
Базовый модуль SIEMENS TC45-JAVA SONY/ ERICSSON GR47 WAVECOM Q2406B ENFORA GSM0108-01 CMCS Quadband
Стандарт GSM 900/1800 900/1800 900/1800 850/900/1800/1900 850/900/1800/1900
Класс GPRS GPRS Класс 8 GPRS Класс 8 GPRS Класс10 GPRS Класс10 GPRS Класс 8
Встроенный TCP/IP стэк Java-приложение Да Да Да Нет
Выходная мощность, Вт Класс 4 (2 Вт)/ Класс 1 (1 Вт) Класс 4 (2 Вт)/ Класс 1 (1 Вт) Класс 4 (2 Вт)/ Класс 1 (1 Вт) Класс 4 (2 Вт)/ Класс 1 (1 Вт) Класс 4 (2 Вт)/ Класс 1 (1 Вт)
Питание (базовое), В 3,2-4,5 3,4-4 3,3-4,5 3,0-4,0 3,0-4,2
Потребление тока в режиме ожидания, мА 3,0 3 2 2 3
Потребление тока в режиме связи, мА 250 250 280 230 250
Потребление тока в режиме GPRS Класс 8: < 360 мА Класс 8: < 350 мА Класс 10: < 380 мА Класс 10: < 300 мА Класс 8: < 350 мА
Вес, г 10 18 11 8 8
Габаритные размеры модуля, мм 53x34x3 50x33x7 58x32x4 46x30x3 35x30x3
Рабочий температурный диапазон, °С -20...+ 55 -30...+ 75 -20...+ 55 -30...+ 70 -20...+ 60
Скорость передачи данных CSD, кбит/сек до 14,4 до 14,4 до 14,4 до 14,4 до 14,4
USSD Да Да Да Да Да
Формат передачи SMS Текст и PDU Текст и PDU Текст и PDU Текст, PDU, MO/MT Текст и PDU
Поддержка протокола V.110 Непрозрачный Непрозрачный Непрозрачный/ прозрачный Непрозрачный/ прозрачный Непрозрачный
Интерфейс SIM карты 3 В 3 В 3 В 3 В 3 В
Аудио интерфейс Да Да Да Да Да
Режим передачи данных HR, FR, EFR HR, FR, EFR HR, FR, EFR HR, FR, EFR HR, FR, EFR
Функция телефонной книги на SIM-карте Да Да Да Да Да
Тревожные события Да Да Да Да Да
Поддержка DTMF Да Да Да Да Да
Инструменты для разработки программных приложений пользователя Java платформа (J2ME) M2mpower, скрипт Open AT, C+ PAD, Event tools, AT Нет
только связью между устройствами, но могут быть распространены также и на функции непосредственного управления сложными прикладными устройствами.
При использовании Java код интерпретируется непосредственно самим устройством при помощи виртуальной Java-машины (Java Virtual Machine). Это позволяет применять Java-приложение на любых устройствах с аналогичной Java-птатформой. Именно поэтому одно и то же приложение пользователя, написанное на Java, можно использовать и в охранных устройствах, и в телефонах, и в телеметрических системах, если они снабжены поддержкой Java Virtual Machine. Особенностями создания программ пользователя в модеме МТ-04-01 являются: объектная ориентированность, многопоточность, платформонезави-симость, ориентированность на технологии «клиент-сервер».
Объемная библиотека классов позволяет существенно сократить время разработки сетевых приложений, построенных по технологии «клиент-сервер». На Java достаточно просто написать небольшой сервер, ожидающий
соединение на определенном порте TCP/IP и обрабатывающий поток данных от клиентов. Именно так и реализуется работа с Интернет через TCP/IP в модеме МТ-04-01 на базе модуля TC-45 Java Siemens.
В комплект поставки МТ-04-01 входит документация и набор программного обеспечения, включающий библиотеку Java-классов с примерами функций для работы с GSM/GPRS-соединениями. В состав прилагаемых программ входит также эмулятор рабочей среды модуля для ПК, включающий в себя отладчик.
При установке на компьютере пользователя программного драйвера, терминал, подключенный к компьютеру, определяется как дополнительный диск. С помощью стандартной программы «Проводник», входящей в состав Windows, необходимое пользователю приложение просто переносится на новый диск «Siemens TC-45».
В модеме МТ-04-02 на базе GR47 Sony Ericsson также поддерживается опция создания пользовательских приложений. Для этих целей применяется программно-аппаратный комплекс M2mpower Sony Ericsson. Открытая
перепрограммируемая платформа M2mpower Sony Ericsson предназначена для написания простых прикладных программ пользователя. Все действия производятся в рамках интегрированной среды M2mpower IDE. Алгоритм работы встраиваемого приложения описывается на Си-образном языке с помощью специального редактора. 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.
Для программирования модема МТ-04-03 используется открытая перепрограммируемая платформа OPEN AT WAVECOM, которая представляет собой набор программ для создания приложения под конкретную задачу на языке высокого уровня (С++) и последующей загрузки непосредственно в Flash-память модуля. Комплект программ OPEN AT в настоящее время является наиболее сложным программным продуктом и предоставляет опытным разработчикам широкие возможности для написания приложений пользователя. С компилятором GCC программный комплекс OPEN AT поставляется бесплатно.
Модемы МТ-04-04 с модулями ENFORA позволяют воспользоваться готовыми стандартными программными блоками, включенными в базовую прошивку.
Функция сборки-разборки пакетов (Packet Assembler/Disassembler — PAD) позволяет подключить эти модели напрямую к различным датчикам и осуществлять сбор информации и передачу по сети GRPS без дополнительной доработки измерительной схемы. Кроме того, модем может быть запрограммирован таким образом, чтобы внешние события, такие, как, например, регистрация в сети, отслеживались и вызывали бы определенного рода действия (изменение состояния выходного интерфейса, посылка SMS-сообщения и др.). Подобные функции обработки событий не требуют внешнего контроллера и доступны через AT-команды. Например, сигнал, поступающий на I/O-интерфейс модуля, может вызывать автоматическую посылку SMS-сообщения (или UDP-пакета по IP-сети). Для конфигурирования пользовательских входов-выходов используется программный отладочный комплект Enfora Event Tools из комплекта поставки МТ-04-04.
Заключение
Новая серия модемов МТ-04-хх позволяет разработчику сделать оптимальный выбор с точки зрения использования для конкретной специфической задачи.
При этом можно подобрать оптимальное сочетание необходимых функций и технических параметров, сосредоточенных в одном модеме.
Универсальность моделей данной серии предоставляет возможность перехода на другую модель со сходными параметрами при наступлении форс-мажорных обстоятельств.
Дополнительную информацию о моделях новой серии можно найти на сайте разработчика www.telemetry.spb.ru
