精品国产人成在线_亚洲高清无码在线观看_国产在线视频国产永久2021_国产AV综合第一页一个的一区免费影院黑人_最近中文字幕MV高清在线视频

0
  • 聊天消息
  • 系統消息
  • 評論與回復
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學習在線課程
  • 觀看技術視頻
  • 寫文章/發帖/加入社區
會員中心
創作中心

完善資料讓更多小伙伴認識你,還能領取20積分哦,立即完善>

3天內不再提示

探討蜂窩模塊用于創客項目無線連接優勢

工程師兵營 ? 來源:互聯網 ? 作者:佚名 ? 2018-07-04 09:01 ? 次閱讀

創客和專業工程師都越來越多地采用無線連接來增強項目功能,并將其連接到物聯網 (IoT)。此類項目所用的單板計算機 (SBC) 通常集成了藍牙Wi-Fi,但對于更遠的距離,蜂窩接口是一種很好的替代方案。

盡管蜂窩調制解調器能夠提供更遠的距離,但缺點是增加了項目的復雜性、尺寸、成本和功耗,而且還必須滿足授權頻譜分配方面的監管法規。

本文探討將蜂窩模塊用于創客項目無線連接的優勢,并介紹在實施過程中出現的硬件、軟件和法規方面的挑戰。

之后,本文還給出了解決方案,幫助克服創客和設計人員在利用基于蜂窩的遠距離射頻連接時所面臨的挑戰。

蜂窩連接的優勢(和缺點)

當今的低功耗藍牙和 Wi-Fi 技術雖然也在醞釀變化,但目前還不支持直接連接到物聯網。相比之下,智能手機則可以與低功耗藍牙、Wi-Fi 和(蜂窩)物聯網進行互操作。因此,可將其用作創客項目 SBC 等以無線方式連接的設備與云之間的網關。類似地,Wi-Fi 路由器和電纜調制解調器也能構成適用于支持 Wi-Fi 的 SBC 的網關(圖 1)。

圖 1: 低功耗藍牙(之前稱為智能藍牙)和 Wi-Fi 等無線技術需要路由器或網關才能訪問互聯網,因而限制了傳感器的移動性和距離。蜂窩模塊可直接連接到其他支持 IP 的設備,因此不需要路由器或網關。(圖片來源: Nordic Semiconductor)

對許多創客應用而言,通過網關進行的物聯網連接是一種令人滿意的解決方案。但如果傳感器移到網關的無線范圍以外(對于低功耗藍牙和 Wi-Fi,超過 30 到 100 米之外),連接將會中斷。這一限制導致創客無法開發置于遠程位置或持續移動的項目。蜂窩模塊提供了一種解決方案。

蜂窩模塊并非什么新事物。圍繞該技術已發展出一個提供機對機 (M2M) 應用的龐大產業。例如,處于遠程位置的自動售貨機通常通過蜂窩鏈路連接到公司的計算機。鑒于從頭設計蜂窩調制解調器的難度極大,該解決方案以經過測試、驗證和認證的即插即用模塊的形式提供。

蜂窩模塊制造商現在提供專門面向創客的產品,能夠兼容 Microchip Technology、ArduinoAdafruit 等供應商提供的常用 SBC。利用蜂窩模塊,創客項目 SBC 無需使用網關,便可以將數據直接發送到另一臺通過互聯網連接的遠程設備,例如創客的智能手機(當其遠離 SBC 時)或云服務器。而且,蜂窩調制解調器還能提供遠達數十千米的距離,從而將無線創客項目的范圍擴大至遠遠超過家庭范圍。而且,使用蜂窩調制解調器,在將無線設備添加到 LAN 時不需要極不方便的密碼輸入過程。

蜂窩通信使用授權頻率。盡管存在一定的使用費用,但優點是這些頻率得到了嚴格的控制,相對而言避免了困擾 2.4 Ghz 等免授權頻段的擁塞問題和相關干擾。獲取網絡訪問權限的過程與手機采用的過程相同;用戶需要訂閱本地運營商的服務。之后,他們將獲得一個用戶標識模塊 (SIM),插入此模塊時將會進行驗證,從而根據合同條款實現一定數量的數據上傳和下載。

除了許可證費用之外,蜂窩連接還存在一些其他缺點。相對而言,這些模塊的體積和重量較大,價格比較昂貴,功耗也遠大于低功耗藍牙和 Wi-Fi。而且,直接連接到蜂窩網絡要比連接到智能手機或路由器更為復雜。

此外,商用領域存在多種蜂窩技術(例如 GSM、GPRS 和 CDMA),每種技術又有多代(2G、2.5G、3G 和 4G),全球范圍內有數十個蜂窩頻帶。因此,針對特定地點選擇蜂窩模塊需要慎之又慎。

請注意,2G 模塊的價格通常最低,但需要注意的是,運營商正在逐步淘汰這種較舊的技術,雖然這一過程可能需要多年的時間。

蜂窩模塊在創客項目中隨處可見

有了蜂窩模塊,現在創客需要做的只是確保模塊的物理接口與目標 SBC 的物理接口匹配,簽訂運營商合同,插入 SIM,然后選擇相應的天線。

蜂窩模塊制造商爭先恐后地進入迅猛發展的創客市場,并提供通過針座引腳或電纜直接連接常用 SBC 的單元。例如,MikroElektronika 在其 Click Board 系列提供了大量蜂窩模塊,可通過機械連接器直接連接 Microchip 的 Curiosity SBC。

這些 SBC 使用 Microchip 的 8 位、16 位或 32 位 PIC 微控制器,并包含帶 USB 接口的集成編程器/調試器;mTouch 按鈕、模擬電位計、開關和 RGB LED;最關鍵的是,支持 MikroElektronika 的 mikroBUS 接口(圖 2)。

這些 SBC 可使用 Microchip 的 MPLAB X 集成開發環境 (IDE) 進行編程,而 8 位和 16 位微控制器版本則可使用 MPLAB Xpress IDE 進行編程,后者適合不太熟悉 PIC 微控制器的創客。

圖 2: Microchip 的 Curiosity SBC 使用 mikroBUS 接口,因而能夠輕松地連接一個 2.5G GSM/GPRS Click Board 蜂窩模塊。(圖片來源: Microchip Technology)

MikroElektronika 的 GSM 4 click 通過針座引腳連接到 Curiosity SBC,并直接從該 SBC 獲取 3.3 伏或 5 伏電壓。該蜂窩模塊基于 u-blox SARA-G3 系列 2.5G GSM/GPRS 調制解調器,該調制解調器集成了一個射頻收發器和一個功率放大器以實現更遠的應用距離(圖 3)。SARA-G3 專為 M2M 應用而設計,因此非常適合只需要跨蜂窩物聯網發送較少傳感器數據的創客。

該蜂窩調制解調器包含 Ipv4 和 Ipv6 通信協議,因此可與互聯網上任何其他支持 IP 協議的設備進行互操作。四頻版本的 SARA-G3 已經面市,可以在北美、南美和中美地區所用的 850 和 1900 Mhz 頻段,以及歐洲、非洲、中東和亞洲地區所用的 900 和 1800 Mhz 頻段運行。

MikroElektronika 的 GSM 4 click 示意圖

圖 3: MikroElektronika 的 GSM 4 click 基于此處顯示的 u-blox SARA-G3 調制解調器。該調制解調器集成了功率放大器 (PA) 以擴大應用范圍。(圖片來源:u-blox)

除了發送和接收數據之外,GSM 4 click 還能對電話呼叫或信息做出響應和反應。它包含一個天線連接器(但不含天線)和一個 SIM 卡插座。與 PIC 微控制器的通信是通過 UART 連接或 USB 端口進行的。

MikroElektronika 針對其 Click Board 產品提供了 mikroC IDE。其中包括 Visual TFT,一個“所見即所得”的圖形用戶界面設計工具,和一個功能完備的 C 編譯器。

對于熟悉使用 UART 連接、通過 3 到 5 伏電源運行的 Arduino SBC 的創客而言,Adafruit 的 FONA 808 蜂窩 + GPS 分線提供了一種很好的選擇(但它也能與幾乎所有微控制器配合使用)。該模塊是一個具備 GPS 和 GPRS 數據發送與接收功能的四頻 (850/900/1800/1900 Mhz) GSM 2G 無線電。例如,必須將一個 16 針針座焊接到分線引腳孔,才能將該模塊連接到 Arduino SBC。

圖 4: Adafruit 的 FONA 808 非常適合與 Arduino SBC 配合使用。與其他蜂窩調制解調器一樣,它也需要 SIM 卡和天線。(圖片來源:Adafruit)

如果開發人員想要利用 3G 的速度和帶寬優勢,SparkFun Electronics 的 Particle Electron 3G 套件不失為一個很好的選擇。該套件提供兩個版本:一個適用于 850/1900 Mhz 工作頻段,另一個適用于 900/1800 Mhz 工作頻段。

套件中不僅包含蜂窩模塊(另一個 u-blox SARA 供電單元),還集成了一個 STMicroelectronics STM32 ARM? Cortex?-M3 微控制器,如果愿意,可以獨立于 SBC 工作。Electron 套件附帶了用于設備編程的 Particle IDE 和云平臺。Particle IDE 類似于 Arduino 開發平臺。

與一些其他面向創客應用的蜂窩模塊不同,Particle Electron 套件非常完整,附帶了 SIM 卡、為期 3 個月的 1 MB/月的數據計劃、2000 mAh 鋰電池(該器件也可通過外部電源供電)、天線,以及用于原型開發的試驗板。

與蜂窩調制解調器通信

連接蜂窩模塊并收發數據需要一定的編碼技能,但這些技能不會超過熟悉 Arduino 等 IDE 的創客為微控制器編程所需的技能范圍。

SBC 通常與使用 UART 串行鏈路的蜂窩模塊通信。AT 命令是控制蜂窩調制解調器的標準方法。該命令包含一系列短文本字符串,可以將這些字符串進行組合,以生成撥號、掛斷和更改連接參數等操作。

有兩種類型的 AT 命令: 基本命令是不以“+”開頭的命令。“D”(撥號)、“A”(應答)、“H”(勾控制)和“O”(恢復在線數據狀態)都是基本命令的示例(列表 1)。

void gsm4_init( void )

{

engine_init( gsm4_evn_default );

at_cmd_save( "RING", 1000, NULL, NULL, NULL, gsm4_ev_ring );

at_cmd( "AT" );
at_cmd( "AT+CSCS="GSM"" );
at_cmd( "AT+CMGF=1" );
}

列表 1: 此代碼示例在測試例程中使用 AT 命令拒絕蜂窩模塊所接到的通話。(代碼來源: MikroElektronika)

擴展命令是以“+”開頭的命令。例如,“+CMGS”(發送 SMS 信息)、“+CMGL”(列出 SMS 信息)和“+CMGR”(讀取 SMS 信息)。請注意,GSM 僅使用擴展命令。

“最終結果”代碼標記 AT 命令響應的結束。它表明 GSM 模塊已完成命令行的執行。“OK”和“ERROR”是兩個經常用到的最終結果代碼?!癘K”代碼表示命令行已成功執行。“ERROR”代碼表示在蜂窩模塊嘗試執行命令行時出現錯誤。發生錯誤后,蜂窩模塊將不會處理命令行字符串中剩余的 AT 命令。

AT 命令的語法因模塊制造商而異。此外,模塊可能只能響應 AT 命令的子集,但專為無線應用設計的蜂窩模塊對 AT 命令的支持通常要優于普通手機。創客應該從各個模塊制造商的 AT 命令參考指南中尋求建議,而且這些指南還能告知創客如何對 AT 命令進行格式化,以及如何解釋蜂窩模塊的響應。

但每個調制解調器都能響應四條基本 AT 命令:

“設置”命令 [At+<參數>=<值>] 用于存儲值。

例如, AT+CREG=1 // Set Command

“提取”命令 [AT+<參數>?] 用于讀取存儲的值。

例如,AT+CREG? // Get Command

測試命令 [At+<命令>=?] 用于確定支持的值范圍。

例如,AT+CREG=? // Test Command

執行命令 [At+<參數>] 用于調用蜂窩調制解調器的特定功能。

例如,AT+CREG // Execution Command

其他通用(和實用)AT 命令包括:

  • 移動網絡注冊狀態 (AT+CREG)

  • 無線電信號強度 (AT+CSQ)

  • 電池電量水平和電池充電狀態 (AT+CBC)

  • 與遠程調制解調器建立數據連接(ATA、ATD 等)

  • 執行安全相關的任務,例如更改密碼 (AT+CPWD)

  • 獲取或更改蜂窩模塊的配置。例如,更改 GSM 網絡 (AT+COPS) 或無線電鏈路協議參數 (AT+CRLP)

AT 命令的發送和接收均由特定的 SBC、IDE 和所選的編程語言通過串行通信鏈路實現。蜂窩模塊不知道串行鏈路的另一端是什么,而只是響應跨鏈路發送的 AT 命令。(類似地,SBC 也不知道其連接的是蜂窩模塊)。

蜂窩模塊通常具有多個 UART I/O,其中一些具有專用功能。例如 GSM 4 click 的引腳 14 是專門的數據發送輸出,而引腳 13 是專門的數據接收(圖 5)。

通常采用多個 UART I/O 的蜂窩調制解調器圖片

圖 5: 蜂窩調制解調器通常采用多個 UART I/O,其中一些具有特定功能。(表格來源: MikroElektronika)

例如,當采用 Curiosity SBC 和 GSM 4 click 蜂窩模塊時,借助 AT 命令的不可知性,開發人員可以采用 Microchip MPLAB X、MPLAB Xpress 或 MikroElektronika mikroC IDE。在用戶從 GitHub 存儲庫下載 Adafruit FONA 庫并將其移到 Arduino 庫文件夾后,FONA 808 便可以使用 Arduino IDE 進行編程。

在制造商的開源代碼庫中通??梢哉业綆缀跛蟹涓C模塊操作的 AT 命令。MikroElektronika 的 AT 命令可以在 libstock.mikroe.com 找到,而 Adafruit 的 AT 命令則位于 GitHub 存儲庫中。其他 AT 命令源來自蜂窩調制解調器的制造商。例如,u-blox 撰寫了一篇應用說明,提供了幾乎涵蓋所有使用場景的 AT 命令示例(參考資料 1),而 Adafruit 則提供了一本列有 SIM Tech AT 命令的手冊。

總結

蜂窩模塊為所有場景下需要物聯網連接的創客項目提供了“插件式”解決方案(前提是項目在蜂窩基站范圍以內)。市場上有一系列成熟的 2G、2.5G 和 3G 蜂窩模塊能夠與流行的創客 SBC 完美匹配,而硬件考慮范圍僅限于選擇和匹配相應的天線、機械連接器及電池。由于蜂窩網絡需要授權,因此還需要使用 SIM 卡并簽訂數據合同。

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規問題,請聯系本站處理。 舉報投訴
  • 低功耗
    +關注

    關注

    10

    文章

    2362

    瀏覽量

    103607
  • 智能藍牙
    +關注

    關注

    9

    文章

    130

    瀏覽量

    32758
  • 蜂窩模塊
    +關注

    關注

    0

    文章

    6

    瀏覽量

    3394
收藏 人收藏

    評論

    相關推薦

    【FireBLE申請】與智能電動車的無線連接

    申請理由:目前的智能車控制系統技術已趨于完善,為了能讓用戶體檢更好的騎行服務,能讓現有智能車的功能更加滿足時代發展,最近正在開展實現藍牙無線連接項目項目描述:藍牙模塊主要是運用在與智
    發表于 07-25 21:42

    盤點空間哪家強

    之一。致力于推動南京地區民間科技力量和文化創新的發展,整合人才和資源優勢,鼓勵發明創造和技術創新,鼓勵知識分享和藝術創作。特色:南京空間每周三晚上和周六下午設為開放日,每周六下午組織聚會分享活動
    發表于 12-17 10:46

    DF社區“大賽“第三季 不正經比賽

    【DF社區通告】時隔一年回歸的DF社區比賽轉眼已經是第三屆,這次想玩點有意思的
    發表于 04-21 15:41

    PLC無線連接、操控

    本帖最后由 zjkzqf 于 2016-12-24 09:33 編輯 為工作方便淘寶網花60元購433兆串口模塊兩塊、降壓模塊一塊,組成433兆無線串口通訊系統,一端連接電腦另
    發表于 12-23 12:26

    測試無線連接性能成為汽車研發制造的關鍵

    ,以充分實現這一技術所帶來的潛在優勢。 近年被積極討論和發展的無人駕駛,就離不開無線連接技術。在中國,汽車無人駕駛領域無論是技術還是相關政策法規都在不斷推進。在剛剛落幕的CES 2018 上
    發表于 07-09 16:45

    汽車研發制造的關鍵是測試無線連接

    充分實現這一技術所帶來的潛在優勢。近年被積極討論和發展的無人駕駛,就離不開無線連接技術。在中國,汽車無人駕駛領域無論是技術還是相關政策法規都在不斷推進。在剛剛落幕的CES 2018 上,無人駕駛是一大
    發表于 07-26 11:17

    無線連接性能測試是汽車研發制造關鍵

    充分實現這一技術所帶來的潛在優勢。近年被積極討論和發展的無人駕駛,就離不開無線連接技術。在中國,汽車無人駕駛領域無論是技術還是相關政策法規都在不斷推進。在剛剛落幕的CES 2018 上,無人駕駛是一大
    發表于 06-19 04:20

    2.4G無線連接和藍牙的區別是什么

    著一對多的工作模式,不需要依靠外置接收器進行連接,只需要該設備擁有藍牙模塊即可實現對碼配對?! ∪邕_爾優LK200藍牙鍵盤,采用藍牙無線連接技術,可同時兼容多種操作系統(Window/Mac
    發表于 11-27 17:02

    GPS設備的無線連接

    GPS設備的無線連接              GPS的無線連接是指非端口或接口式的數據連接方式,主要是指設備可以通過藍牙功能
    發表于 12-31 14:02 ?928次閱讀

    無線連接選擇指南(Broadcom)

    無線連接選擇指南(Broadcom)
    發表于 12-30 17:46 ?85次下載

    使用蜂窩模塊連接到物聯網制造項目

    制造商和專業工程師越來越多地轉向無線連接,以增強其項目的功能,并將它們連接到物聯網(物聯網)。單板計算機(SBC),這些項目經常使用集成藍牙和Wi-Fi,但更長的時間范圍內,細胞的接口
    發表于 10-10 08:54 ?4次下載
    使用<b class='flag-5'>蜂窩</b><b class='flag-5'>模塊</b><b class='flag-5'>連接</b>到物聯網制造<b class='flag-5'>項目</b>

    TI無線連接解決方案應用的介紹

    IoT - TI 無線連接解決方案 (1)
    的頭像 發表于 08-16 01:07 ?2620次閱讀

    如何為物聯網應用選擇無線連接技術

    來源:藍牙技術聯盟 司南物聯轉載 本文是如何為物聯網應用選擇無線連接技術系列文章的第一篇。 有許多無線連接技術可供物聯網開發人員選擇,但就單個項目而言,并非每種技術都適合,也不存在適用所有項目
    的頭像 發表于 09-22 10:44 ?2179次閱讀

    納米pcb項目

    電子發燒友網站提供《納米pcb項目.zip》資料免費下載
    發表于 07-05 11:17 ?2次下載
    <b class='flag-5'>創</b><b class='flag-5'>客</b>納米pcb<b class='flag-5'>項目</b>