将GSM模块集成到嵌入式系统中的设计技巧

2021-04-23

将GSM模块集成到嵌入式系统中的设计技巧

充当通信的中间链接可(kě)能(néng)会筋疲力尽。当您将全球移动通信系统（GSM）模块与嵌入式系统集成在一起时，对于平板電(diàn)脑和手机等移动设备尤其如此。虽然我并不经常对机械和模块感到同情，但是在尝试安排轮流参加的假期聚会时，我常常会感到维持電(diàn)源完整性和机器疲劳的困难。

移动设备和全球移动通信系统

GSM模块用(yòng)于在嵌入式系统和GSM蜂窝网络之间建立通信。GSM在全球范围内以不同的频率运行。欧洲，亚洲，大洋洲和中东通常使用(yòng)900Mhz和1800 MHz的频带，而美國(guó)使用(yòng)950 Mhz和1850 Mhz的频带。

GSM模块使嵌入式系统能(néng)够发送和接收文(wén)本消息，在通用(yòng)分(fēn)组无線(xiàn)服務(wù)（GPRS Modem）网络上发送数据以及进行或接收语音呼叫。与普通手机一样，GSM模块需要激活的SIM卡才能(néng)运行。

古老的GSM调制解调器技术还广泛用(yòng)于其他(tā)类型的应用(yòng)程序，包括自动售货机和能(néng)源系统。GSM技术使嵌入式系统无需人工干预即可(kě)将操作数据传输到中央服務(wù)器。GSM模块可(kě)用(yòng)于自动售货机等任何方便的事情，这些设备能(néng)够在需要补充原料时提醒供应商(shāng)，或者特别有(yǒu)用(yòng)，例如能(néng)监控電(diàn)气参数并使建筑物(wù)管理(lǐ)团队能(néng)够遠(yuǎn)程控制该系统的能(néng)效系统。

微控制器如何与GSM模块集成

GSM模块通常以现成的PCB格式以及SIM卡插槽和天線(xiàn)插孔提供。模块也可(kě)以以集成（IC）封装的形式提供，但这需要您设计GSM IC的完整電(diàn)路。

SIM900A是我在设计中使用(yòng)的一种流行的GSM模块。SIM900A IC的工作電(diàn)压范围為(wèi)3.4V至4.4V。但是，它的峰值電(diàn)流可(kě)能(néng)会超过2A，这会影响您设计PCB的方式。SIM900A包括一些用(yòng)于GSM模块的关键通信電(diàn)路-微控制器使用(yòng)通用(yòng)异步收发器（UART）并连接到SIM卡。

微控制器使用(yòng)标准的AT＆T协议与GSM模块进行通信。通过向GSM模块发送正确的命令AT＆T序列，可(kě)以完成诸如发送和接收文(wén)本消息之类的操作。对于有(yǒu)经验的固件开发人员而言，这应该不是问题，除非硬件设计一开始就存在错误。

使用(yòng)GSM模块设计PCB时的最佳实践

在我的第一个原型中，我花(huā)费了数小(xiǎo)时试图找出微控制器每次尝试发送文(wén)本消息时都会重置自身的原因。在排除了失控的代码，错误的指针和堆栈溢出之后，我终于意识到，電(diàn)压调节器不足以承受数据传输期间GSM模块消耗的電(diàn)流。

困扰GSM模块设计的问题之一是電(diàn)源容量有(yǒu)限。确保GSM模块接收正确的電(diàn)压電(diàn)平并不难，但是诀窍在于确保在传输数据时功率足够。典型的GSM模块在发射时可(kě)能(néng)消耗2A以上的電(diàn)流。

您需要确保為(wèi)GSM模块供電(diàn)的電(diàn)压调节器能(néng)够处理(lǐ)突然的電(diàn)流尖峰。不仅如此，電(diàn)源铜線(xiàn)连接必须足够宽且足够粗，以应对大電(diàn)流。否则，您将有(yǒu)损坏铜轨本身的风险。使用(yòng)适当的散热技术进行電(diàn)源管理(lǐ)也很(hěn)重要，因為(wèi)它会产生大量的热量。

電(diàn)磁干扰（EMI）也可(kě)能(néng)是影响嵌入式系统稳定性的问题。通常将天線(xiàn)连接到GSM模块以增强无線(xiàn)電(diàn)波信号强度。整个系统需要经过严格的测试，以确保微控制器不受EMI的影响，尤其是在发送和接收期间。最佳实践（例如确保GSM调制解调器与其他(tā)机载模块之间有(yǒu)足够的间隙）有(yǒu)助于减少EMI问题。

GSM模块在设计中引入了新(xīn)的挑战和不确定性。虽然您无法围绕家人进行设计，但可(kě)以围绕電(diàn)源完整性进行设计。