一種基于gprs的環(huán)境數(shù)據(jù)交換器的制造方法
【專利摘要】為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的便攜式數(shù)據(jù)交換器無(wú)法滿足分布式應(yīng)用的需求，本發(fā)明提供了一種基于GPRS的環(huán)境數(shù)據(jù)交換器，包括：系統(tǒng)板、母板和電源板，所述系統(tǒng)板和所述電源板插接在所述母板上，所述母板設(shè)置GPRS通信單元。該交換器運(yùn)算速度快、接口豐富，體積小，有利于提高系統(tǒng)性能和環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。
【專利說(shuō)明】-種基于GPRS的環(huán)境數(shù)據(jù)交換器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種基于GPRS的環(huán)境數(shù)據(jù)交換器。

【背景技術(shù)】
[0002] 便攜式數(shù)據(jù)交換器在環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中是監(jiān)測(cè)中心與分析檢測(cè)儀器之間的橋梁。環(huán) 境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)便攜式數(shù)據(jù)交換器獲得檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)檢測(cè)儀器實(shí)施遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程維護(hù)。 在環(huán)境監(jiān)測(cè)監(jiān)理、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法等場(chǎng)合，便攜式數(shù)據(jù)交換器要能夠提供所需要的檢測(cè)時(shí)間、地理 位置的準(zhǔn)確信息。從性能、體積、功耗、成本以及可升級(jí)性多方面考慮，當(dāng)前廣泛應(yīng)用的嵌入 式系統(tǒng)是便攜式數(shù)據(jù)交換器的理想結(jié)構(gòu)。
[0003] 我國(guó)地域廣闊、環(huán)境復(fù)雜、環(huán)境監(jiān)測(cè)需求多樣，而國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境檢測(cè)儀器雖 然種類很多，但大多缺乏網(wǎng)絡(luò)通訊能力，數(shù)據(jù)接口沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；各地區(qū)的環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)過(guò) 去很長(zhǎng)時(shí)間以人工上報(bào)的方式統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)突發(fā)性環(huán)境污染等問(wèn)題處理能力不足，應(yīng)急指 揮、調(diào)度、協(xié)調(diào)、信息、救援等機(jī)制尚不完善。
[0004] 此外，對(duì)于這種設(shè)備的電源供應(yīng)目前還停留在在線電源供電的狀態(tài)。當(dāng)短時(shí)間斷 電時(shí)，將極大影響環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于GPRS的環(huán)境數(shù)據(jù)交換器，包 括：系統(tǒng)板、母板和電源板，所述系統(tǒng)板和所述電源板插接在所述母板上，所述母板設(shè)置 GPRS通信單元。
[0006] 進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)板包括處理器和存儲(chǔ)器。
[0007] 進(jìn)一步地，所述母板還包括GPS模塊和串口模塊。
[0008] 進(jìn)一步地，所述母板還包括電池充電模塊。
[0009] 進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)板包括1片ARM9芯片S3C2410、1片8MX 16位數(shù)據(jù)寬度的 FLASH、兩篇16MX 16位數(shù)據(jù)寬度的SDRAM。
[0010] 進(jìn)一步地，所述GPRS通信單元通過(guò)串口與S3C2410芯片連接，且包括：電源接口、 3. 3VSM卡接口、兩個(gè)微型話筒輸入及兩個(gè)微型揚(yáng)器輸出、通用I/O、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、5 X 5鍵 盤接口、一個(gè)蜂鳴器輸出、RS232串口。
[0011] 進(jìn)一步地，所述母板還包括GPRS通信單元供電電路，該供電電路包括數(shù)字供電電 路和射頻供電電路。
[0012] 進(jìn)一步地，所述射頻供電電路和所述數(shù)字供電電路分別采用并聯(lián)連接的鋰電池以 及與該鋰電池并聯(lián)的線性穩(wěn)壓器。
[0013] 進(jìn)一步地，所述電池充電模塊包括彼此并聯(lián)的第一鋰電池和第二鋰電池的電池 組，還包括對(duì)兩個(gè)鋰電池分別充電的充電控制模塊，所述充電控制模塊包括變壓器、電壓傳 感器、電流傳感器、溫度傳感器、M0S管以及定時(shí)器和選擇器，電壓傳感器、電流傳感器和溫 度傳感器的輸出分別通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接三個(gè)比較器的各自的輸入端，這三個(gè)比較器的另 一個(gè)輸入端均設(shè)置具有預(yù)定值的數(shù)字信號(hào)，比較的結(jié)果經(jīng)過(guò)取反門電路和與門電路，反饋 給MOS管的基極，所述變壓器的輸入端連接充電電源，所述定時(shí)器的輸出信號(hào)連接選擇器 的選擇信號(hào)輸入端，選擇器的另一輸入端連接變壓器的輸出端，選擇器的輸出端連接MOS 管的集電極。
[0014] 本發(fā)明的有益效果在于：在分析環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的市場(chǎng)需求和比較相近的遠(yuǎn)程監(jiān)控 及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，完成了基于ARM9芯片S3C2410的便攜式數(shù)據(jù)交換器的硬件電路 研制。提供連接檢測(cè)儀器的RS232、USB等數(shù)據(jù)接口，并具有GPRS、GPS、鋰電池充電等功能 模塊。硬件電路是嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)。便攜式數(shù)據(jù)交換器采用ARM9內(nèi)核的32位單片機(jī) S3C2410,運(yùn)算速度快、接口豐富，有利于提高系統(tǒng)性能，減小體積。利用移動(dòng)通訊GPRS公共 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊，可以降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與維護(hù)費(fèi)用，并且數(shù)據(jù)傳輸依靠于Internet網(wǎng)絡(luò)， 是目前遠(yuǎn)程通訊的發(fā)展趨勢(shì)。便攜式數(shù)據(jù)交換器帶有實(shí)時(shí)時(shí)鐘與GPS定位功能，根據(jù)需求 可選擇地添加觸摸屏顯示、鍵盤、電話等功能。設(shè)計(jì)了鋰電池充電電路，在保證儀器連續(xù)工 作是時(shí)間的前提下，盡量減小重量與體積。便攜式數(shù)據(jù)交換器采用嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，控制芯 片選用ARM9
[0015] 核心的32位單片機(jī)S3C2410,有利于提高性能，減小體積，降低功耗；便攜式數(shù)據(jù) 交換器采用成熟的工業(yè)GPRS模塊、GPS模塊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊和獲得地理位置信息；電源采用 高能量密度的鋰電池，并研制了充電電路。硬件電路設(shè)計(jì)中，在完成主要功能的基礎(chǔ)上，為 將來(lái)系統(tǒng)升級(jí)留出余地。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1示出了系統(tǒng)板的結(jié)構(gòu)框圖；
[0017] 圖2示出了 GPRS通信單元電路圖；
[0018] 圖3示出了 GPRS供電電路的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 基于GPRS的環(huán)境數(shù)據(jù)交換器，包括：系統(tǒng)板、母板和電源板，所述系統(tǒng)板和所述電 源板插接在所述母板上，所述母板設(shè)置GPRS通信單元。所述系統(tǒng)板包括處理器和存儲(chǔ)器。 所述母板還包括GPS模塊和串口模塊。所述母板還包括電池充電模塊。
[0020] 如圖1所示，處理器選用三星公司的ARM920T內(nèi)核、主頻為203MHz的處理器 S3C2410,是一個(gè)多用途的通用芯片，在當(dāng)前眾多ARM9內(nèi)核的處理器中，價(jià)格相對(duì)低廉，性 能適中，應(yīng)用廣泛。S3C2410的主要特點(diǎn)：主頻可達(dá)203MHz ;擴(kuò)展總線最大頻率100MHz ;32 位數(shù)據(jù)線，27位外部地址線；實(shí)時(shí)時(shí)鐘；四個(gè)DMA通道（支持外設(shè)DMA) ;8通道10-bitADC ; TFTIXD控制器；看門狗；USB ;IIC ;SPI ;UART等常用外圍組件，適合應(yīng)用于多種領(lǐng)域。
[0021] S3C2410是272腳0. 8毫米BGA球形封裝，布線比較困難，同時(shí)總線的工作頻率達(dá) 到100MHz，對(duì)電路板的電氣性能要求較高。因此電路板采用6層PCB設(shè)計(jì)，一層電源層，一 層接地層，四層信號(hào)層。系統(tǒng)板接口是筆記本內(nèi)存的DIMM144接口，其144根金手指通過(guò)插 座將信號(hào)引出。某些公司的產(chǎn)品也有采用插針接口的，兩相比較，各有優(yōu)缺點(diǎn)。插針接口 連接穩(wěn)定，可將S3C2410的管腳全部引出，但工作頻率稍低；DIMM144電氣性能好，工作頻率 高，但防震性差，管腳數(shù)目有限制。
[0022] 模塊的基本特點(diǎn)如下：雙頻GSM/GPRS短信數(shù)據(jù)模塊，EGSM900/1800MHz或 EGSM900/1900MHz ;WISM02DGSM/GPRS模塊語(yǔ)音編解碼三為一體，全速率，增強(qiáng)全速率及半 速率（FR/EFR/HR) ;GPRS/GSM模塊體積小及耗電量低；話音，傳真，短信及數(shù)據(jù)功能，為特 定應(yīng)用設(shè)計(jì)的AT命令遙控系統(tǒng)；AT命令控制（GSM07. 07及07. 05);串口波特率由300至 115, 200bits/s〇
[0023] 其中Q2403模塊GSM/GPRS部分的數(shù)據(jù)特征：
[0024] 支持class2,下載26. 8kbits/s,上傳13. 4kbits/s ;數(shù)據(jù)線路異步傳輸和同步可 達(dá) 14, 400bits/s ;
[0025] 自動(dòng)傳真group3 (classl&2)，通話和傳真轉(zhuǎn)換；IrDAl. 2A協(xié)議；支持GPRSWAP。
[0026] Q2403對(duì)外連接為60腳連接器，包括：電源接口、3. 3VSM卡接口、兩個(gè)微型話筒輸 入及兩個(gè)微型揚(yáng)器輸出、通用I/O、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、5 X 5鍵盤接口、一個(gè)蜂鳴器輸出、RS232串 口等。
[0027] 便攜式數(shù)據(jù)交換器中GPRS部分電路圖2所示。
[0028] GPRS模塊以MODEM方式通過(guò)串口與S3C2410芯片連接，設(shè)計(jì)底板電路時(shí)，除必須實(shí) 現(xiàn)的SM卡電路、天線電路和串口電路之外，還實(shí)現(xiàn)了喇叭、蜂鳴器、網(wǎng)絡(luò)指示燈等電路。便 攜式數(shù)據(jù)交換器具有通過(guò)GPRS方式傳輸數(shù)據(jù)的能力，同時(shí)還可以完成普通電話的通話功 能。
[0029] GPRS模塊需要注意電源部分的電路設(shè)計(jì)。GPRS模塊的數(shù)字部分工作電壓范圍 3. IV - 4. 5V ;射頻部分工作電壓范圍3. 3V - 4. 5V，空閑模式時(shí)工作電流較小，約100微安； 電話接通時(shí)，峰值電流可達(dá)到2安培。開(kāi)發(fā)過(guò)程中曾經(jīng)采用的供電方式：
[0030] 2節(jié)鋰電池并聯(lián)直接為GPRS模塊的射頻部分供電，通過(guò)低壓差的線型穩(wěn)壓器 SP6200得到3. 3V，為數(shù)字部分供電。電路圖3所示。
[0031] 圖3所示的電路較簡(jiǎn)單可靠，鋰電池的最高電壓4. 2V，能得到充分利用，因?yàn)閿?shù)字 部分工作電流較低（正常工作時(shí)不超過(guò)150mA)，整體的電源效率并不比第一種方式低，最 終采用第二種方式。射頻部分增加了大容量的電解電容提供電源帶載能力，串聯(lián)了磁珠以 減小對(duì)數(shù)字部分的電磁干擾。
[0032] 便攜式電子產(chǎn)品以電池作為電源。鋰電池的最大特點(diǎn)是比能量高。非常適合便攜 式產(chǎn)品的使用。比能量指的是單位重量或單位體積的能量。比如：5號(hào)鎳鎘電池的額定電壓 為1. 2V，其容量為800mAh，則其能量為0. 96Wh。同樣尺寸的5號(hào)鋰電池的額定電壓為3V， 其容量為1200mAh，則其能量為3. 6Wh。這兩種電池的體積是相同的，則鋰一二氧化錳電池 的比能量是鎳鎘電池的3. 75倍。另外鋰電池具有放電電壓穩(wěn)定、工作溫度范圍寬、自放電 率低、儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)及無(wú)公害等優(yōu)點(diǎn)。
[0033] 所述電池充電模塊包括彼此并聯(lián)的第一鋰電池和第二鋰電池的電池組，還包括對(duì) 兩個(gè)鋰電池分別充電的充電控制模塊，所述充電控制模塊包括變壓器、電壓傳感器、電流傳 感器、溫度傳感器、M0S管以及定時(shí)器和選擇器，電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳感器的輸 出分別通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接三個(gè)比較器的各自的輸入端，這三個(gè)比較器的另一個(gè)輸入端均 設(shè)置具有預(yù)定值的數(shù)字信號(hào)，比較的結(jié)果經(jīng)過(guò)取反門電路和與門電路，反饋給M0S管的基 極，所述變壓器的輸入端連接充電電源，所述定時(shí)器的輸出信號(hào)連接選擇器的選擇信號(hào)輸 入端，選擇器的另一輸入端連接變壓器的輸出端，選擇器的輸出端連接M0S管的集電極。
[0034] 所述電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器以及與其相應(yīng)的比較器有兩組，分別對(duì) 應(yīng)地檢測(cè)兩個(gè)鋰電池的端電壓、電流和溫度。
[0035] 開(kāi)機(jī)或通過(guò)其他方式使該充電電路待機(jī)后，默認(rèn)情況下，定時(shí)器首先輸出選擇充 電電源的信號(hào)給選擇器，并同時(shí)開(kāi)始定時(shí)。當(dāng)定時(shí)器計(jì)時(shí)超過(guò)預(yù)定時(shí)間（例如6小時(shí)）時(shí)， 就認(rèn)為此時(shí)的鋰電池不需要繼續(xù)過(guò)量充電。此時(shí)，定時(shí)器的輸出控制選擇器選擇經(jīng)過(guò)變壓 器以后的電源作為選擇器的輸出。該經(jīng)過(guò)變壓器的輸出電源比上述充電電源低很多，以對(duì) 鋰電池進(jìn)行類似涓流方式的充電。該涓流的大小根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境使用時(shí)間進(jìn)行多次測(cè)試 而取其優(yōu)化值或經(jīng)驗(yàn)值。例如，正常充電電壓（即充電電源電壓）為4. 2V時(shí)，在一種情況 下，該涓流充電電壓為1.2V。
[0036] 此外，當(dāng)鋰電池的溫度、電壓或電流高于或低于預(yù)定閾值時(shí)，其輸出的值也可以經(jīng) 過(guò)上述與門電路的輸出反饋給選擇器的選擇輸入端，作為改變其充電狀態(tài)的控制信號(hào)。 [0037] 雖然已經(jīng)通過(guò)上面的特定實(shí)施例和其用途的描述舉例說(shuō)明了本發(fā)明，但是讀者不 應(yīng)將前述內(nèi)容視為對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書(shū)限定。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于GPRS的環(huán)境數(shù)據(jù)交換器，包括：系統(tǒng)板、母板和電源板，其特征在于，所述 系統(tǒng)板和所述電源板插接在所述母板上，所述母板設(shè)置GPRS通信單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境數(shù)據(jù)交換器，其特征在于，所述系統(tǒng)板包括處理器和存 儲(chǔ)器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境數(shù)據(jù)交換器，其特征在于，所述母板還包括GPS模塊和串 口模塊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境數(shù)據(jù)交換器，其特征在于，所述母板還包括電池充電模 塊。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的環(huán)境數(shù)據(jù)交換器，其特征在于，所述系統(tǒng)板包括1片ARM9 芯片S3C2410、1片8MX 16位數(shù)據(jù)寬度的FLASH、兩篇16MX 16位數(shù)據(jù)寬度的SDRAM。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的環(huán)境數(shù)據(jù)交換器，其特征在于，所述GPRS通信單元通 過(guò)串口與S3C2410芯片連接，且包括：電源接口、3. 3VSM卡接口、兩個(gè)微型話筒輸入及兩個(gè) 微型揚(yáng)器輸出、通用I/O、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、5X5鍵盤接口、一個(gè)蜂鳴器輸出、RS232串口。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境數(shù)據(jù)交換器，其特征在于，所述母板還包括GPRS通信單 元供電電路，該供電電路包括數(shù)字供電電路和射頻供電電路。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的環(huán)境數(shù)據(jù)交換器，其特征在于，所述射頻供電電路和所述數(shù) 字供電電路分別采用并聯(lián)連接的鋰電池以及與該鋰電池并聯(lián)的線性穩(wěn)壓器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的環(huán)境數(shù)據(jù)交換器，其特征在于，所述電池充電模塊包括彼此 并聯(lián)的第一鋰電池和第二鋰電池的電池組，還包括對(duì)兩個(gè)鋰電池分別充電的充電控制模 塊，所述充電控制模塊包括變壓器、電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器、MOS管以及定時(shí) 器和選擇器，電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳感器的輸出分別通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接三個(gè) 比較器的各自的輸入端，這三個(gè)比較器的另一個(gè)輸入端均設(shè)置具有預(yù)定值的數(shù)字信號(hào)，t匕 較的結(jié)果經(jīng)過(guò)取反門電路和與門電路，反饋給MOS管的基極，所述變壓器的輸入端連接充 電電源，所述定時(shí)器的輸出信號(hào)連接選擇器的選擇信號(hào)輸入端，選擇器的另一輸入端連接 變壓器的輸出端，選擇器的輸出端連接MOS管的集電極。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK104122822SQ201410357633
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】李金強(qiáng), 王雪鵬 申請(qǐng)人:成都藍(lán)宇科維科技有限公司