一種基于STM32的3G無線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

羅崔力+沈巧玲+劉清申

摘 要 本文提出了一種基于STM32的3G無線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，STM32F103作為本文使用的主芯片是以Cortex-M3為處理器的，具有更快的中斷響應(yīng)能力，本文采用了華為的MU509作為3G模塊，用于基于TCP/IP的無線網(wǎng)絡(luò)通信，比傳統(tǒng)的GPRS在速度上有明顯優(yōu)勢，可以廣泛地應(yīng)用于氣象、水文水利、自動(dòng)控制等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集、控制和無線傳輸。

關(guān)鍵詞 3G；STM32；MU509；TCP/IP；無線通信

中圖分類號(hào)：TP36 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）20-0013-02

目前，無線通信技術(shù)已應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，利用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，更已成為了當(dāng)前流行的數(shù)據(jù)傳輸方式。眾所周知，傳統(tǒng)的無線透傳系統(tǒng)絕大部分是基于GPRS網(wǎng)絡(luò)，這種數(shù)據(jù)傳輸方式在傳輸速度方面已達(dá)到瓶頸，如果處理器處理能力也比較低下，則會(huì)使得處理網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)通信時(shí)，會(huì)出現(xiàn)時(shí)延、數(shù)據(jù)丟包等致命性的問題。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，利用3G無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸更成為了一門世人矚目的技術(shù)。

另一方面，傳統(tǒng)的有線傳輸方式在很多情況下會(huì)由于距離、傳輸介質(zhì)等原因產(chǎn)生很多的限制，甚至很難實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，例如，工業(yè)上的很多領(lǐng)域都具有工作環(huán)境惡劣、地理位置偏僻或者地處野外、無人看管等缺點(diǎn)，再者如電力調(diào)控控制、水利工程施工、水情水文監(jiān)測等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域中的絕大多數(shù)必須進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的處理工作，但卻不適合將PC機(jī)放在現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。本文所提出的系統(tǒng)就是基于以上情況設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本無線通信系統(tǒng)主要由主控制器，3G無線模塊、電源模塊、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、PC機(jī)（服務(wù)器）等部分組成，主控制器與3G無線模塊之間可以通過串口連接也可以。組成框圖如下圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

由于篇幅有限，下面重點(diǎn)介紹主要的功能模塊。

2.1 主控制器模塊

采用STM32F103ZETT6作為主控制器，成本低，功能強(qiáng)大，具有比ARM7更快速的響應(yīng)中斷的能力。它擁有豐富的資源，包括：64KB SRAM、512KB FLASH、2個(gè)基本定時(shí)器、4個(gè)通用定時(shí)器、2個(gè)高級(jí)定時(shí)器、3個(gè)SPI、2個(gè)IIC、5個(gè)串口、1個(gè)USB等外設(shè)。

本設(shè)計(jì)中的主控制器負(fù)責(zé)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，可以是溫度、濕度等信息，并與3G無線模塊通過串口連接，通過向串口發(fā)送AT指令，使3G模塊連接到網(wǎng)絡(luò)，并將信息通過串口發(fā)送給無線模塊，并由無線模塊將數(shù)據(jù)信息通過3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程主機(jī)上，遠(yuǎn)程主機(jī)也可以通過3G網(wǎng)絡(luò)向主控制器發(fā)送指令。

限于篇幅，主芯片的電路原理圖就不在此說明。

2.2 3G無線模塊

在本設(shè)計(jì)中，采用華為的MU509作為3G無線模塊的主芯片。MU509是一款高速率的工業(yè)級(jí)無線模塊，沿用LGA系列封裝。MU509提供高質(zhì)量的語音、短信功能；豐富的擴(kuò)展功能：GPS，F(xiàn)OTA，STK等等；內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，可適用于AT指令，是一款很適用的3G通信核心。3G無線模塊的基本組成框圖和MU509無線模塊的電路原理圖分別如圖2和圖3所示。

圖2 3G無線模塊基本組成框圖

圖3 MU509無線模塊電路原理圖

2.3 電源模塊設(shè)計(jì)

此電路采用SPX29302作為電源穩(wěn)壓器，輸出電壓能達(dá)到1%的精度，在設(shè)計(jì)時(shí)采用兩路電壓輸出，一路3.3 V穩(wěn)壓輸出，一路4 V的穩(wěn)壓輸出，分別給主控制器和3G模塊提供電壓。如圖4所示。

圖4 電源電路原理圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件方面主要分為三個(gè)部分：串口設(shè)計(jì)，AT指令發(fā)送，溫度數(shù)據(jù)采集及顯示。

AT指令主要有以下內(nèi)容：1）發(fā)送AT，回復(fù)ok，表示3G模塊目前正常上電工作；2）連接到“3gnet”，回復(fù)ok，表示正常連接到3g網(wǎng)；3）打開“TCP”網(wǎng)絡(luò)，連接到服務(wù)器。需要已知服務(wù)器的IP地址和端口號(hào)，如果回復(fù)ok，則表示連接成功；4）發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)；5）斷開“3gnet”，可用于網(wǎng)絡(luò)連接失敗時(shí)，斷開網(wǎng)絡(luò)再重新連接。

程序流程圖如圖5所示。

4 結(jié)論

經(jīng)過對(duì)該設(shè)計(jì)模塊的使用測試，主控制器上電后可以成功得控制3G模塊連接到網(wǎng)絡(luò)，并將采集到的溫度信息傳送到遠(yuǎn)程主機(jī)。但鑒于3G模塊自身的局限性，測試效果如果在網(wǎng)絡(luò)條件不好的環(huán)境下會(huì)受到一定影響?？偠灾撛O(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了3G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸功能，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

圖5 程序流程圖

基金項(xiàng)目

由北京聯(lián)合大學(xué)“啟明星”大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目（12222994701）經(jīng)費(fèi)資助。

參考文獻(xiàn)

[1]李濤，馬殷元，楊東.基于STM32的GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)測終端設(shè)計(jì)[J].電子世界，2012（11）：38-41.

[2]虞明雷，姜媛媛.基于GPRS的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)[J].機(jī)電工程，2007（05）：34-36.

[3]田小輝，李明遠(yuǎn)，田昕.基于GPRS的遠(yuǎn)程無線透傳終端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2005（04）：97-99.

[4]蔡建平.關(guān)于嵌入式應(yīng)用開發(fā)技術(shù)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2001（03）：72-89.

[5]鄒恒.基于3G網(wǎng)絡(luò)的嵌入式視頻監(jiān)控的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2012：45-52.endprint

摘 要 本文提出了一種基于STM32的3G無線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，STM32F103作為本文使用的主芯片是以Cortex-M3為處理器的，具有更快的中斷響應(yīng)能力，本文采用了華為的MU509作為3G模塊，用于基于TCP/IP的無線網(wǎng)絡(luò)通信，比傳統(tǒng)的GPRS在速度上有明顯優(yōu)勢，可以廣泛地應(yīng)用于氣象、水文水利、自動(dòng)控制等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集、控制和無線傳輸。

關(guān)鍵詞 3G；STM32；MU509；TCP/IP；無線通信

中圖分類號(hào)：TP36 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）20-0013-02

目前，無線通信技術(shù)已應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，利用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，更已成為了當(dāng)前流行的數(shù)據(jù)傳輸方式。眾所周知，傳統(tǒng)的無線透傳系統(tǒng)絕大部分是基于GPRS網(wǎng)絡(luò)，這種數(shù)據(jù)傳輸方式在傳輸速度方面已達(dá)到瓶頸，如果處理器處理能力也比較低下，則會(huì)使得處理網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)通信時(shí)，會(huì)出現(xiàn)時(shí)延、數(shù)據(jù)丟包等致命性的問題。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，利用3G無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸更成為了一門世人矚目的技術(shù)。

另一方面，傳統(tǒng)的有線傳輸方式在很多情況下會(huì)由于距離、傳輸介質(zhì)等原因產(chǎn)生很多的限制，甚至很難實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，例如，工業(yè)上的很多領(lǐng)域都具有工作環(huán)境惡劣、地理位置偏僻或者地處野外、無人看管等缺點(diǎn)，再者如電力調(diào)控控制、水利工程施工、水情水文監(jiān)測等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域中的絕大多數(shù)必須進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的處理工作，但卻不適合將PC機(jī)放在現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。本文所提出的系統(tǒng)就是基于以上情況設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本無線通信系統(tǒng)主要由主控制器，3G無線模塊、電源模塊、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、PC機(jī)（服務(wù)器）等部分組成，主控制器與3G無線模塊之間可以通過串口連接也可以。組成框圖如下圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

由于篇幅有限，下面重點(diǎn)介紹主要的功能模塊。

2.1 主控制器模塊

采用STM32F103ZETT6作為主控制器，成本低，功能強(qiáng)大，具有比ARM7更快速的響應(yīng)中斷的能力。它擁有豐富的資源，包括：64KB SRAM、512KB FLASH、2個(gè)基本定時(shí)器、4個(gè)通用定時(shí)器、2個(gè)高級(jí)定時(shí)器、3個(gè)SPI、2個(gè)IIC、5個(gè)串口、1個(gè)USB等外設(shè)。

本設(shè)計(jì)中的主控制器負(fù)責(zé)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，可以是溫度、濕度等信息，并與3G無線模塊通過串口連接，通過向串口發(fā)送AT指令，使3G模塊連接到網(wǎng)絡(luò)，并將信息通過串口發(fā)送給無線模塊，并由無線模塊將數(shù)據(jù)信息通過3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程主機(jī)上，遠(yuǎn)程主機(jī)也可以通過3G網(wǎng)絡(luò)向主控制器發(fā)送指令。

限于篇幅，主芯片的電路原理圖就不在此說明。

2.2 3G無線模塊

在本設(shè)計(jì)中，采用華為的MU509作為3G無線模塊的主芯片。MU509是一款高速率的工業(yè)級(jí)無線模塊，沿用LGA系列封裝。MU509提供高質(zhì)量的語音、短信功能；豐富的擴(kuò)展功能：GPS，F(xiàn)OTA，STK等等；內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，可適用于AT指令，是一款很適用的3G通信核心。3G無線模塊的基本組成框圖和MU509無線模塊的電路原理圖分別如圖2和圖3所示。

圖2 3G無線模塊基本組成框圖

圖3 MU509無線模塊電路原理圖

2.3 電源模塊設(shè)計(jì)

此電路采用SPX29302作為電源穩(wěn)壓器，輸出電壓能達(dá)到1%的精度，在設(shè)計(jì)時(shí)采用兩路電壓輸出，一路3.3 V穩(wěn)壓輸出，一路4 V的穩(wěn)壓輸出，分別給主控制器和3G模塊提供電壓。如圖4所示。

圖4 電源電路原理圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件方面主要分為三個(gè)部分：串口設(shè)計(jì)，AT指令發(fā)送，溫度數(shù)據(jù)采集及顯示。

AT指令主要有以下內(nèi)容：1）發(fā)送AT，回復(fù)ok，表示3G模塊目前正常上電工作；2）連接到“3gnet”，回復(fù)ok，表示正常連接到3g網(wǎng)；3）打開“TCP”網(wǎng)絡(luò)，連接到服務(wù)器。需要已知服務(wù)器的IP地址和端口號(hào)，如果回復(fù)ok，則表示連接成功；4）發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)；5）斷開“3gnet”，可用于網(wǎng)絡(luò)連接失敗時(shí)，斷開網(wǎng)絡(luò)再重新連接。

程序流程圖如圖5所示。

4 結(jié)論

經(jīng)過對(duì)該設(shè)計(jì)模塊的使用測試，主控制器上電后可以成功得控制3G模塊連接到網(wǎng)絡(luò)，并將采集到的溫度信息傳送到遠(yuǎn)程主機(jī)。但鑒于3G模塊自身的局限性，測試效果如果在網(wǎng)絡(luò)條件不好的環(huán)境下會(huì)受到一定影響?？偠灾撛O(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了3G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸功能，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

圖5 程序流程圖

基金項(xiàng)目

由北京聯(lián)合大學(xué)“啟明星”大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目（12222994701）經(jīng)費(fèi)資助。

參考文獻(xiàn)

[1]李濤，馬殷元，楊東.基于STM32的GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)測終端設(shè)計(jì)[J].電子世界，2012（11）：38-41.

[2]虞明雷，姜媛媛.基于GPRS的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)[J].機(jī)電工程，2007（05）：34-36.

[3]田小輝，李明遠(yuǎn)，田昕.基于GPRS的遠(yuǎn)程無線透傳終端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2005（04）：97-99.

[4]蔡建平.關(guān)于嵌入式應(yīng)用開發(fā)技術(shù)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2001（03）：72-89.

[5]鄒恒.基于3G網(wǎng)絡(luò)的嵌入式視頻監(jiān)控的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2012：45-52.endprint

摘 要 本文提出了一種基于STM32的3G無線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，STM32F103作為本文使用的主芯片是以Cortex-M3為處理器的，具有更快的中斷響應(yīng)能力，本文采用了華為的MU509作為3G模塊，用于基于TCP/IP的無線網(wǎng)絡(luò)通信，比傳統(tǒng)的GPRS在速度上有明顯優(yōu)勢，可以廣泛地應(yīng)用于氣象、水文水利、自動(dòng)控制等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集、控制和無線傳輸。

關(guān)鍵詞 3G；STM32；MU509；TCP/IP；無線通信

中圖分類號(hào)：TP36 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）20-0013-02

目前，無線通信技術(shù)已應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，利用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，更已成為了當(dāng)前流行的數(shù)據(jù)傳輸方式。眾所周知，傳統(tǒng)的無線透傳系統(tǒng)絕大部分是基于GPRS網(wǎng)絡(luò)，這種數(shù)據(jù)傳輸方式在傳輸速度方面已達(dá)到瓶頸，如果處理器處理能力也比較低下，則會(huì)使得處理網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)通信時(shí)，會(huì)出現(xiàn)時(shí)延、數(shù)據(jù)丟包等致命性的問題。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，利用3G無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸更成為了一門世人矚目的技術(shù)。

另一方面，傳統(tǒng)的有線傳輸方式在很多情況下會(huì)由于距離、傳輸介質(zhì)等原因產(chǎn)生很多的限制，甚至很難實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，例如，工業(yè)上的很多領(lǐng)域都具有工作環(huán)境惡劣、地理位置偏僻或者地處野外、無人看管等缺點(diǎn)，再者如電力調(diào)控控制、水利工程施工、水情水文監(jiān)測等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域中的絕大多數(shù)必須進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的處理工作，但卻不適合將PC機(jī)放在現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。本文所提出的系統(tǒng)就是基于以上情況設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本無線通信系統(tǒng)主要由主控制器，3G無線模塊、電源模塊、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、PC機(jī)（服務(wù)器）等部分組成，主控制器與3G無線模塊之間可以通過串口連接也可以。組成框圖如下圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

由于篇幅有限，下面重點(diǎn)介紹主要的功能模塊。

2.1 主控制器模塊

采用STM32F103ZETT6作為主控制器，成本低，功能強(qiáng)大，具有比ARM7更快速的響應(yīng)中斷的能力。它擁有豐富的資源，包括：64KB SRAM、512KB FLASH、2個(gè)基本定時(shí)器、4個(gè)通用定時(shí)器、2個(gè)高級(jí)定時(shí)器、3個(gè)SPI、2個(gè)IIC、5個(gè)串口、1個(gè)USB等外設(shè)。

本設(shè)計(jì)中的主控制器負(fù)責(zé)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，可以是溫度、濕度等信息，并與3G無線模塊通過串口連接，通過向串口發(fā)送AT指令，使3G模塊連接到網(wǎng)絡(luò)，并將信息通過串口發(fā)送給無線模塊，并由無線模塊將數(shù)據(jù)信息通過3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程主機(jī)上，遠(yuǎn)程主機(jī)也可以通過3G網(wǎng)絡(luò)向主控制器發(fā)送指令。

限于篇幅，主芯片的電路原理圖就不在此說明。

2.2 3G無線模塊

在本設(shè)計(jì)中，采用華為的MU509作為3G無線模塊的主芯片。MU509是一款高速率的工業(yè)級(jí)無線模塊，沿用LGA系列封裝。MU509提供高質(zhì)量的語音、短信功能；豐富的擴(kuò)展功能：GPS，F(xiàn)OTA，STK等等；內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，可適用于AT指令，是一款很適用的3G通信核心。3G無線模塊的基本組成框圖和MU509無線模塊的電路原理圖分別如圖2和圖3所示。

圖2 3G無線模塊基本組成框圖

圖3 MU509無線模塊電路原理圖

2.3 電源模塊設(shè)計(jì)

此電路采用SPX29302作為電源穩(wěn)壓器，輸出電壓能達(dá)到1%的精度，在設(shè)計(jì)時(shí)采用兩路電壓輸出，一路3.3 V穩(wěn)壓輸出，一路4 V的穩(wěn)壓輸出，分別給主控制器和3G模塊提供電壓。如圖4所示。

圖4 電源電路原理圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件方面主要分為三個(gè)部分：串口設(shè)計(jì)，AT指令發(fā)送，溫度數(shù)據(jù)采集及顯示。

AT指令主要有以下內(nèi)容：1）發(fā)送AT，回復(fù)ok，表示3G模塊目前正常上電工作；2）連接到“3gnet”，回復(fù)ok，表示正常連接到3g網(wǎng)；3）打開“TCP”網(wǎng)絡(luò)，連接到服務(wù)器。需要已知服務(wù)器的IP地址和端口號(hào)，如果回復(fù)ok，則表示連接成功；4）發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)；5）斷開“3gnet”，可用于網(wǎng)絡(luò)連接失敗時(shí)，斷開網(wǎng)絡(luò)再重新連接。

程序流程圖如圖5所示。

4 結(jié)論

經(jīng)過對(duì)該設(shè)計(jì)模塊的使用測試，主控制器上電后可以成功得控制3G模塊連接到網(wǎng)絡(luò)，并將采集到的溫度信息傳送到遠(yuǎn)程主機(jī)。但鑒于3G模塊自身的局限性，測試效果如果在網(wǎng)絡(luò)條件不好的環(huán)境下會(huì)受到一定影響?？偠灾撛O(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了3G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸功能，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

圖5 程序流程圖

基金項(xiàng)目

由北京聯(lián)合大學(xué)“啟明星”大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目（12222994701）經(jīng)費(fèi)資助。

參考文獻(xiàn)

[1]李濤，馬殷元，楊東.基于STM32的GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)測終端設(shè)計(jì)[J].電子世界，2012（11）：38-41.

[2]虞明雷，姜媛媛.基于GPRS的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)[J].機(jī)電工程，2007（05）：34-36.

[3]田小輝，李明遠(yuǎn)，田昕.基于GPRS的遠(yuǎn)程無線透傳終端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2005（04）：97-99.

[4]蔡建平.關(guān)于嵌入式應(yīng)用開發(fā)技術(shù)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2001（03）：72-89.

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