基于ARM的智能无线信号变送器的设计

MAX1162是一款低功耗、16位模数转换器（ADC），采用逐次逼近型ADC结构，具有自动关断、1.1μs快速唤醒和兼容于SPI/QSPI/MICROWIRE的高速接口。MAX1162工作于+5V单模拟电源，并且具有独立的数字电源引脚，允许芯片直接和+2.7～+5.25V的数字逻辑接口。

在最大采样速度200ks/s下，MAX1162仅吸取2.5mA电流。在200ks/s（最大值）采样速度下，功耗仅12.5mW（AVDD=DVDD=+5V）。AutoShutdown能在10ks/s速率下将电源电流减小至130μA，在更低的采样速度下可以减小至10μA以下。

MAX1162的内部结构框图见图4。

图4 MAX1162内部结构图

② 相关电路设计

从跟随器出来的模拟信号可能夹杂着噪声信号，会对转换精度产生影响，因此，在MAX1162前加入滤波电路，尽量减少输入噪声的影响。同时，为了减少对其他电路的影响，增加了0.1μF的去耦电容。电路原理图见图5。

图5 A/D电路原理图

3 GPRS MODEM接口电路

CMS91 GPRSMODEM是一块以CMS91GPRS模块为核心搭配必要外围电路制成的GPRSMODEM。CMS91模块是一种双频段GSM/GPRS10级模块，既支持GSM的短信功能，也支持GPRS数据传输功能。MODEM提供了标准RS232接口，使用了6根串行通信信号线：TXD、RXD、DTR、CTS、RTS和GND。其通信波特率范围为2400～115 200b/s。

LPC2136提供了一组完整的9芯（包括地）MODEM信号，我们可以使用其中对应的6根来与MODEM通信，但由于是3.3V电平逻辑，要与MODEM的RS-232接口连接还需要电平转换。虽然在本系统中我们所用MODEM使用6根MODEM信号线，但为了兼容其他各型号的串行MODEM，提高本系统的兼容性和升级能力，设计中将LPC2136提供的完整MODEM信号全部进行电平转换，通过跳线设置选择实际应用需要使用的信号线。

用MAX3243进行3.3V和RS-232电平转换。MAX3243是MAXIM公司推出的232电平转换芯片，其内部含有独立电荷泵，可以从3.0～5.5V的电源电压产生2Vcc的RS-232电平，使得其只需外接4个0.1μF的电容和一路 3.3V工作电源即可正常工作，大大简化了电路设计。其具有5个接收器和3个驱动器，符合标准MODEM信号方向的配置，适合MODEM连接。其电路原理图如图6。

图6 MODEM接口电路原理图

软件设计

软件的编写工作主要有两个部分：AD转换部分和GPRS MODEM部分。

AD转换部分：模拟部分使用的A/D芯片为标准SPI接口。SPI接口操作比较简单，在系统中我们使用IO口模拟SPI总线，按照各芯片规定的操作时序编写相应的IO口操作程序即可。MAX1162的读写时序见图7。

从时序图上可以看出，一个AD转换周期从CS信号下降沿开始，并在6个时钟节拍后ADC开始采集数据。SCLK信号驱动着转换过程并在第8个时钟节拍下降沿开始把转换结果放到DOUT数据线上（高位数据在前），整个转换周期需要24个时钟节拍，在读取转换结果最低位后，CS被强制拉为高电平，自动复位内部寄存器，并使MAX1162进入掉电模式。具体程序的编写可参考MAX1162的用户手册。

图7 MAX1162读写时序

GPRS MODEM部分：为了解决终端设备（Terminal Equipment，TE）或数据终端设备（DataTerminal Equipment，DTE）与终端适配器（Terminal Adapter，TA）或数据电路终端设备（DataCircuit TerminalEquipment，DCE）之间通信的问题，著名通信设备生产商Hayes为此制定了一套指令，现在已成为事实上的标准并被所有调制解调器制造商采用。这就是常说的“AT指令”。AT指令几乎都是以AT开始，以《CR》《LF》结尾的特定的字符串，AT后跟的字母和数字表明AT指令的具体功能。指令集分成标准AT指令集（StandardV.25ATCommands），AT增强指令集（ATCommandsforEnhancedFunctions），传真指令集（ATCommandsforFAX）等多种。各个不同的MODEM生产厂商对于特殊的功能集进行了相应的增加。

我们使用的CellonCMS91模块用于发送短消息的主要AT指令见表2。

表2 常用的短消息AT指令

在本系统中，CMS91模块与LPC2136的UART1相联。LPC2136通过UART1以字符的形式将AT指令发给CMS91模块。在底层驱动中我们要完成的任务就是实现通过LPC2136的UART1向GPRS MODEM发送字符，其中最基本的函数是实现WRITE MODEM函数。

uint8 ModemWrite（char *Data， uint16 NByte）

{

uint8 err，i;

while（NByte》0）

{

OSSemPend（Uart1Send，0，err）;

for（i=0;i《8;i++）

{

U1THR=*Data++;

NByte--;

if（NByte==0）

{

break;

}

}

}

return ModemState;

}

结束语

系统具备了移动网内GPRS终端间互联功能和INTERNET接入功能，此外，在结构设计上，充分考虑了样机系统的开放性、可扩展性、易升级性等特点，整个系统具有很高的性价比。实践证明了该设计的可行性，但在系统的复位电路、外部时钟电路和电源等几个部分，本文只提供了一种最简单的方案。在实际应用中，对于较为复杂的现场环境可以相应添加看门狗复位电路和独立电源设计等复杂电路。