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技術(shù)專(zhuān)題
將GSM模塊集成到嵌入式系統中的設計技巧
將GSM模塊集成到嵌入式系統中的設計技巧
充當通信的中間鏈接可能會(huì )筋疲力盡。當您將全球移動(dòng)通信系統（GSM）模塊與嵌入式系統集成在一起時(shí)，對于平板電腦和手機等移動(dòng)設備尤其如此。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(huì )時(shí)，我常常會(huì )感到維持電源完整性和機器疲勞的困難。
移動(dòng)設備和全球移動(dòng)通信系統
GSM模塊用于在嵌入式系統和GSM蜂窩網(wǎng)絡(luò )之間建立通信。GSM在全球范圍內以不同的頻率運行。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模塊使嵌入式系統能夠發(fā)送和接收文本消息，在通用分組無(wú)線(xiàn)服務(wù)（GPRS Modem）網(wǎng)絡(luò )上發(fā)送數據以及進(jìn)行或接收語(yǔ)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調制解調器技術(shù)還廣泛用于其他類(lèi)型的應用程序，包括自動(dòng)售貨機和能源系統。GSM技術(shù)使嵌入式系統無(wú)需人工干預即可將操作數據傳輸到中央服務(wù)器。GSM模塊可用于自動(dòng)售貨機等任何方便的事情，這些設備能夠在需要補充原料時(shí)提醒供應商，或者特別有用，例如能監控電氣參數并使建筑物管理團隊能夠遠程控制該系統的能效系統。
微控制器如何與GSM模塊集成
GSM模塊通常以現成的PCB格式以及SIM卡插槽和天線(xiàn)插孔提供。模塊也可以以集成（IC）封裝的形式提供，但這需要您設計GSM IC的完整電路。
SIM900A是我在設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(huì )超過(guò)2A，這會(huì )影響您設計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(jìn)行通信。通過(guò)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(lèi)的操作。對于有經(jīng)驗的固件開(kāi)發(fā)人員而言，這應該不是問(wèn)題，除非硬件設計一開(kāi)始就存在錯誤。
使用GSM模塊設計PCB時(shí)的最佳實(shí)踐
在我的第一個(gè)原型中，我花費了數小時(shí)試圖找出微控制器每次嘗試發(fā)送文本消息時(shí)都會(huì )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，電壓調節器不足以承受數據傳輸期間GSM模塊消耗的電流。
困擾GSM模塊設計的問(wèn)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據時(shí)功率足夠。典型的GSM模塊在發(fā)射時(shí)可能消耗2A以上的電流。
您需要確保為GSM模塊供電的電壓調節器能夠處理突然的電流尖峰。不僅如此，電源銅線(xiàn)連接必須足夠寬且足夠粗，以應對大電流。否則，您將有損壞銅軌本身的風(fēng)險。使用適當的散熱技術(shù)進(jìn)行電源管理也很重要，因為它會(huì )產(chǎn)生大量的熱量。
電磁干擾（EMI）也可能是影響嵌入式系統穩定性的問(wèn)題。通常將天線(xiàn)連接到GSM模塊以增強無(wú)線(xiàn)電波信號強度。整個(gè)系統需要經(jīng)過(guò)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(shí)踐（例如確保GSM調制解調器與其他機載模塊之間有足夠的間隙）有助于減少EMI問(wèn)題。
GSM模塊在設計中引入了新的挑戰和不確定性。雖然您無(wú)法圍繞家人進(jìn)行設計，但可以圍繞電源完整性進(jìn)行設計。