基于CDMA技术的远程数据传输系统

引 言
    大型油田的油井、大型煤矿的矿井、水文监测点等监控设备具有分布地域广，工作时间长，不宜长期值守等缺点，通常采用人工抄取数据的方式，条件较好的地方则采用专线或数传电台的方式把监测点的数据传输到信息中心。然而，这些方法都存在很大的不足：人工抄取方式既不方便，也浪费人力物力；数传电台需要向专门的管理部门申请传输频率，并且受天气和地理条件的影响很大。鉴于此，本文设计一种基于码分多址 (Code Division Multipie Access，CDMA)技术与MECA128L的远程数据传输系统。
    CDMA是近年来被应用于商业的一种数字接口技术，与GSM相比具有以下优势：发射功率小；采用先进的软切换技术，使得其通话可与固定电话媲美，不会有 GSM掉线现象；采用以拓频通信为基础的一种调制和多址通讯方式，其容量比模拟技术高10倍，超过GSM网络约4倍。利用CDMA的TCP／IP协议进行数据的远程通讯，可以实现对各种物理参数的远程无线监控。本文介绍了ZTEiT公司的CDMA模块MG801A及其与Atreel公司的MEGA128L 构成的数据远程传输系统硬件电路和软件流程。该设计可以通过TCP／IP协议，利用网络接收数据，并与PC机进行数据传输等，已应用在基于CDMA的验潮仪远程数据传输系统中。该系统采用的模型为客户／服务模型，终端为系统提供数据服务，网络中的计算机作为客户端接收数据，并对数据进行存储和处理。系统以 CDMA为无线通信链路，主链路采用Internet互联网链接，从而实现远距离的数据传输。
1 系统主要硬件
    该系统利用CDMA网络的高覆盖率和高可靠性以及MEGA系列单片机卓越的低功耗特性和丰富的外围器件实现数据的远程传输。下面对主要硬件部分做简要介绍。
1．1 MG801A模块
    MG801A是中兴集讯系列无线模块中基于800 MHz工业级应用模块，该模块能够承载目前CDMA2000 1X网络支持的所有业务，对外提供标准的AT接口，并支持BREW平台单模块应用，MG801A无线模块可广泛用于以数据、语音为目的行业应用。该模块基本功能有：CDMA2000-1X Rev0标准，向下兼容IS-95A／B标准；8kEVRC及13kΩCELP高质量语音；支持IS-637短信和IS-707数据；高速数据速率 153．6。Kb／s；R-UIM接口符合国家标准；UART硬件接口及AT指令集软件接口；支持circuit-switch and packet数据及传真数据业务；支持呼叫等待／呼叫转移／来电显示；Brew软件平台支持单芯片应用；并行16位LCD显示接口具有高速显示能力；高效省电技术／内置的电源管理；具有双组模拟音频接口；高精度A／D接口;外 扩数字I／O接口；将支持内嵌TCP／IP协议；支持CPTT集群信令。

1．2 MEGA128L微处理器
    本设计中控制芯片选择Atmel公司高性能的MEGA128L微控制器，它采用低功耗CMOS工艺生产，并基于RISC结构，具有片内128 KB的程序存储器(Flash)，4 KB的SRAM和4 KB的E2PROM，2个8位和2个16位硬件定时／计数器，JTAG，UART，SPI等接口；而且它可以在多种不同模式下工作，除了正常操作模式外，还具有六种不同等级的低能耗操作模式，因此该微控制器特别适合于低能耗的应用场合。
1．3 硬件设计
    基于MEGA128L丰富的外围器件，设计时尽量选择功耗较小的芯片。为了将采集到的数据进行存储，需要外扩数据存储器。根据实际数据采集量，以及人工提取数据周期，选定512 KB的SRAM作为数据存储器。CDMA模块的串口工作电压并不满足TTL电平规范，高电平仅为2．65 V，因此需要在串口的两根信号线TXD和RXD上进行电压调节。为实现此功能，设计中利用三极管特性，将电压调节到需要的电压上。其串口接口电路如图2所示。

    由于通讯模块工作电压典型值为3．8 V，而单片机工作电压典型值为5 V，两个芯片工作电压不一致，因此需要将5 V电源电压转换为3．8 V。在本电路设计中，选用MICREL公司的MIC29302BU芯片。此芯片具有高电流、高精度、快速的瞬态响应等特点，同时对过流、输入极反向、反插引脚、高温状态具有保护功能。电平转换电路如图3所示。

2 软件编程
    系统软件设计的重点在于单片机的编程，通过向CDMA模块写入不同的AT指令，能完成多种功能。
    CPU与CDMA模块之间是通过串行口进行通讯的，AT指令则是CPU与CDMA模块之间实现信息交互的接口协议，CPU可以通过AT指令完成对模块的各种操作。模块要建立无线网络连接，则需要CPU使用特定的指令来完成对模块的功能操作。
    初始化单片机，利用I／O引脚控制电源模块对CD-MA模块上电，利用AT命令对通讯模块初始化，包括工作方式和查询模块状态等。CDMA模块正常工作后，进行拨号连接，PPP建立成功后将返回动态的IP地址，模块在这个地址上进行操作。TCP协议是建立在IP协议基础上的传输层，与UDP相比是一种可靠性较高的协议。利用AT指令建立TCP连接，用于以TCP方式发送数据。使用AT命令查看网络连接状态，检查数据包的到达情况，处理新到的数据包，并重新传送丢失的数据包。数据发送完成后，若长时间不用发送数据，可将连接断开。数据中心以VS2005为开发平台，C#为开发语言，SQL为数据库编写中心数据处理存储软件。利用Visual C# 2005 Socket控件完成网络数据的接收与发送，并对接收的数据进行处理，分类存入SQL数据库。软件流程图如图4所示。

3 结 语
    本系统利用MEGA128L单片机控制系统与CDMA通信模块实现了实时双向远程通信。CDMA通信模块利用TCP／IP协议发送数据给监控中心，从而建立监控中心和单片机控制系统的远程通信功能；单片机控制系统通过AT指令与无线通信模块建立通信，达到实现系统功能的目的。本文针对传统验潮仪远程数据传输的不足，实现了一种新的数据传输系统，研讨了该系统组成、工作原理、软硬件设计等，对今后基于CDMA模块在验潮仪远程数据传输以及远程控制中的应用研究具有一定的参考价值。