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將GSM模塊集成到嵌入式系統(tǒng)中的設(shè)計技巧
將GSM模塊集成到嵌入式系統(tǒng)中的設(shè)計技巧
充當通信的中間鏈接可能會筋疲力盡。當您將全球移動通信系統(tǒng)（GSM）模塊與嵌入式系統(tǒng)集成在一起時，對于平板電腦和手機等移動設(shè)備尤其如此。雖然我并不經(jīng)常對機械和模塊感到同情，但是在嘗試安排輪流參加的假期聚會時，我常常會感到維持電源完整性和機器疲勞的困難。
移動設(shè)備和全球移動通信系統(tǒng)
GSM模塊用于在嵌入式系統(tǒng)和GSM蜂窩網(wǎng)絡(luò)之間建立通信。GSM在全球范圍內(nèi)以不同的頻率運行。歐洲，亞洲，大洋洲和中東通常使用900Mhz和1800 MHz的頻帶，而美國使用950 Mhz和1850 Mhz的頻帶。
GSM模塊使嵌入式系統(tǒng)能夠發(fā)送和接收文本消息，在通用分組無線服務(wù)（GPRS Modem）網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送數(shù)據(jù)以及進行或接收語音呼叫。與普通手機一樣，GSM模塊需要激活的SIM卡才能運行。
古老的GSM調(diào)制解調(diào)器技術(shù)還廣泛用于其他類型的應(yīng)用程序，包括自動售貨機和能源系統(tǒng)。GSM技術(shù)使嵌入式系統(tǒng)無需人工干預即可將操作數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒敕?wù)器。GSM模塊可用于自動售貨機等任何方便的事情，這些設(shè)備能夠在需要補充原料時提醒供應(yīng)商，或者特別有用，例如能監(jiān)控電氣參數(shù)并使建筑物管理團隊能夠遠程控制該系統(tǒng)的能效系統(tǒng)。
微控制器如何與GSM模塊集成
GSM模塊通常以現(xiàn)成的PCB格式以及SIM卡插槽和天線插孔提供。模塊也可以以集成（IC）封裝的形式提供，但這需要您設(shè)計GSM IC的完整電路。
SIM900A是我在設(shè)計中使用的一種流行的GSM模塊。SIM900A IC的工作電壓范圍為3.4V至4.4V。但是，它的峰值電流可能會超過2A，這會影響您設(shè)計PCB的方式。SIM900A包括一些用于GSM模塊的關(guān)鍵通信電路-微控制器使用通用異步收發(fā)器（UART）并連接到SIM卡。
微控制器使用標準的AT＆T協(xié)議與GSM模塊進行通信。通過向GSM模塊發(fā)送正確的命令AT＆T序列，可以完成諸如發(fā)送和接收文本消息之類的操作。對于有經(jīng)驗的固件開發(fā)人員而言，這應(yīng)該不是問題，除非硬件設(shè)計一開始就存在錯誤。
使用GSM模塊設(shè)計PCB時的最佳實踐
在我的第一個原型中，我花費了數(shù)小時試圖找出微控制器每次嘗試發(fā)送文本消息時都會重置自身的原因。在排除了失控的代碼，錯誤的指針和堆棧溢出之后，我終于意識到，電壓調(diào)節(jié)器不足以承受數(shù)據(jù)傳輸期間GSM模塊消耗的電流。
困擾GSM模塊設(shè)計的問題之一是電源容量有限。確保GSM模塊接收正確的電壓電平并不難，但是訣竅在于確保在傳輸數(shù)據(jù)時功率足夠。典型的GSM模塊在發(fā)射時可能消耗2A以上的電流。
您需要確保為GSM模塊供電的電壓調(diào)節(jié)器能夠處理突然的電流尖峰。不僅如此，電源銅線連接必須足夠?qū)捛易銐虼郑詰?yīng)對大電流。否則，您將有損壞銅軌本身的風險。使用適當?shù)纳峒夹g(shù)進行電源管理也很重要，因為它會產(chǎn)生大量的熱量。
電磁干擾（EMI）也可能是影響嵌入式系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題。通常將天線連接到GSM模塊以增強無線電波信號強度。整個系統(tǒng)需要經(jīng)過嚴格的測試，以確保微控制器不受EMI的影響，尤其是在發(fā)送和接收期間。最佳實踐（例如確保GSM調(diào)制解調(diào)器與其他機載模塊之間有足夠的間隙）有助于減少EMI問題。
GSM模塊在設(shè)計中引入了新的挑戰(zhàn)和不確定性。雖然您無法圍繞家人進行設(shè)計，但可以圍繞電源完整性進行設(shè)計。