引言

隨著我國信息化進程的全面推進，各行業對信息化也提出了較高的要求。對傳輸信息化的認識也從單純的數字化提升到數字化與網絡化、無線化相統一的高度。針對目前的信息化要求，原有的有線傳輸系統雖可完成數字化與網絡化，但復雜的布線、高昂的維護成本都使得網絡節點的分布范圍受到了很大的限制，這在很大程度上阻礙了數據傳輸信息化的深入和普及。移動監測系統可以很好的解決上述問題，移動監測系統一般由數據采集設備、終端管理計算機、監控中心組成，它可將數據采集設備安裝于可移動載體，從而將現場采集到的數據經終端管理計算機處理后，通過無線數據傳輸通道傳送到監控中心，以便監控中心隨時了解現場的狀況，從而實現遠程無線移動監測?？紤]到實際應用的需要，本文設計了一種基于CDMA或GPRS的網絡數據傳輸系統。該系統可根據傳輸要求的不同更換相應模塊，從而完成更多功能。

1 無線數據傳輸方式

目前，移動無線數據傳輸的方法主要包括GSM短消息、CDMA、GPRS和其它方式（如wifi、紅外、藍牙、ZigBee等），他們各自具有的特點如下所示：

GSM（Global System of Mobile communication，全球移動通信系統全球移動通信系統）短消息傳輸用的是信令信道，采用存儲轉發的方式，傳輸延時不固定，具體視當前的短消息業務使用情況而定。該方式的最為主要的缺點是數據傳輸速率低、具有延遲性且時間不定。

CDMA （Code Division Multiple Access）又稱碼分多址，是一種無線通訊技術，系統可為每個用戶分配各自特定的地址碼。地址碼之間具有相互準正交性，從而在時間、空間和頻率上都可以重疊。CDMA 1X的理論傳輸速率可達300 kbps，目前的實際傳輸速率大約在100 kbps左右，并可支持移動IP業務，可用于Intemet連接、數據傳輸等。CDMA允許所有使用者同時使用全部頻帶（1.2288Mhz），且把其他使用者發出訊號視為雜訊，完全不必考慮到訊號碰撞 （collision） 問題。CDMA中所提供語音編碼技術，通話品質比目前GSM好，且可把用戶對話時周圍環境噪音降低，使通話更清晰。就安全性能而言，CDMA不但有良好的認證體制，更因其傳輸特性，用碼來區分用戶，防止被人盜聽的能力大大增強。 Wideband CDMA（WCDMA）寬帶碼分多址傳輸技術，為IMT-2000的重要基礎技術，將是第三代數字無線通信系統標準之一。

GPRS （General Packet Radio Service）是通用分組無線業務的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數據業務。GPRS可說是GSM的延續。GPRS和以往連續在頻道傳輸的方式不同，是以封包（Packet）式來傳輸，因此使用者所負擔的費用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114Kbps。它經常被描述成“2.5G”，也就是說，這項技術位于第二代（2G）和第三代（3G）移動通訊技術之間。GPRS采用分組交換技術?？筛咝鬏敻咚倩虻退贁祿托帕?，GPRS的理論傳輸速率可達171.2 kbps，實際傳輸速率大約在40 kbps。

藍牙技術是1994年由愛立信公司首先提出的一種短距離通信技術規范，它采用Ad hoc方式工作，可以在網絡中實現路由選擇功能。藍牙標準主要定義的是底層協議，也定義了一些高層協議和接口，具體包括核心協議、藍牙電纜替代協議RFCOMM、電話傳送控制協議、與Internet應用相關的一些高層協議等。藍牙是一種尖端的開放式無線通信標準，能夠在10m的范圍內無線連接桌面型電腦、PDA便攜設備等。藍牙技術實際上是一種短距離的無線通信技術，是一種無線數據與語音通信的開放性全球規范。藍牙系統一般由無線單元、鏈路控制（固件）單元、鏈路管理（軟件）單元和藍牙軟件（協議棧）單元4個功能單元組成。藍牙的傳輸距離為10 cm～10 m，如果增加功率或者是加上某些外設，則可達到100 m的傳輸距離。它采用2.4 GHzISM頻段和調頻、跳頻技術，使用權向糾錯編碼、ARQ、IDD和基帶協議。

ZigBee無線通信技術是最近幾年涌現的一項熱門，目前全球已有350多家國際知名企業加入ZigBee聯盟組織，以推廣ZigBee技術，使其成為領先的無線網絡、傳感、控制標準并在全球范圍內應用于消費電子、能源、家庭、商業和工業等各個領域［24］。ZigBee的基礎是IEEE 802.15.4標準，這是IEEE無線個人局域網（PAN， personal area network）工作組的一項標準。ZigBee網絡類似移動通信網絡的CDMA或GSM網，一個ZigBee網絡理論上最多可支持65535個ZigBee節點，節點間的通信距離可以從75m開展到數百米甚至幾公里。ZigBee是一組基于IEEE批準的802.15.4無線標準研制開發的、有關組網、安全和應用軟件方面的技術標準。它的有效覆蓋范圍是10～75 m。當網絡速率降低到28 kbps時，傳輸范圍甚至可以擴大到134 m，因而具有更高的可靠性。

本文采用的是高性能的飛利浦公司的微處理器LPC2210，LPC2210是基于一個支持實時仿真和嵌入跟蹤的32/16位ARM7TDMI-S CPU。對代碼規模有嚴格控制的應用可使用16位Thumb模式將代碼規模降低超過30%，而性能的損失卻很小。

LPC2210可以廣泛應用在工業、民用無線數據傳輸領域，特別適用于一些難于布線的地區和邊遠地區。設計采用的CDMA無線數據傳輸模塊采用華為EM200，并通過標準RS232接口與處理器相連。本文介紹的是如何傳送用戶數據信息。實際上，用戶數據信息只是整個信息傳輸管理系統的一個應用，通過更換不同的數據源模塊可實現不同的信息傳輸，從而構成不同的信息傳輸管理系統，如遠程抄表系統、水文數據采集系統等等。

2 組網方案

M2M（Machine to Machine）是通過移動通訊對設備進行有效控制，從而將商務的邊界大幅度擴展或創造出較傳統方式更高效率的經營方式亦或創造出完全不同于傳統方式的全新服務。M2M以設備通訊控制為核心，將原來低效率或甚至不可能的信息傳輸應用于商業中以獲得更強的競爭力。M2M的商務模式目前應用方興未艾，主要有移動物流管理（M-logistic management）、移動支付（M-POS）、移動監控（M-monitoring）等。

M2M（機器到機器）數據傳輸方式目前在多個行業中都有著廣泛的應用，它可通過數據采集終端對分布于各地的數據進行采集，并將采集到的數據通過通用接口鏈接到CDMA無線傳輸模塊，再通過它對數據進行透明傳輸，將相應數據發送到相應的數據中心。圖1所示是基于CDMA的移動無線數據傳輸系統的結構原理圖。無線數據傳輸系統與用戶的數據中心之間一般可通過TCP／UDP建立數據連接。用戶的數據中心作為通信的服務端，具有公用的固定IP，并指定偵聽端口。無線數據傳輸系統中的數據傳輸模塊可設定為上電自動撥號，如果無線數據傳輸系統與用戶的數據中心之間采用TCP協議傳輸數據，則自動與服務器建立TCP連接。

3 無線數傳終端的硬件組成

無線數傳終端的硬件部分主要包括ARM CPU控制模塊LPC2210、CDMA Modem模塊及電源三部分，其硬件連接關系和結構框圖如圖2所示。

LPC2210是Philips公司的一款16／32位ARM7TDMI-S CPU微控制器。它是基于ARM通用體系結構的RISC微處理器，具有低成本、低功耗、高性能等優點。通常通過RS232／485口接收到用戶數據并將數據打成IP包后，可利用EM200模塊接入CDMA網絡，然后通過各種網關和路由將數據發送到外部網絡或者數據處理中心。嵌入式CPU芯片是整個數據采集終端的核心部分，它不僅要能支持嵌入式操作系統，而且要提供Modem接口用于對CDMA的控制；EM200模塊主要完成無線上網功能，它可通過RS232接口與ARM CPU的Modem接口進行連接，以完成對模塊的控制（比如撥號和切換模式等）。一旦通過模塊連接上Internet，那么，采集到的數據就可以用TCP／IP傳輸方式發送到任意一個具有公網IP地址的主機上去，從而實現數據的無線傳輸。

3.1 UIM卡接口設計

EM200型CDMA無線數據傳輸模塊集成有符合IS07816-3標準的UIM卡接口，通過PCB的走線可以連接到模塊B2B連接器上。從而為外部UIM卡座提供UIM卡接口信號。EM200型CDMA無線數據傳輸模塊可支持并能夠自動檢測3.0V和1.8V的UIM卡，本設計用到的是3.0V的UIM卡。表1所列是系統連接器上的UIM卡針的接口定義。

在射頻系統的設計中，EMC是一個必須考慮的問題。考慮到EMC（Electromagnetic Compatibility電磁兼容性）的要求，在設計中可將UIM卡座盡量設計到離EM200無線數據傳輸模塊接口較近的位置，這樣可以避免因為走線過長而引起的波形變形，降低對信號通信和數據傳輸的影響。在實際設計中，可在UIM-VCC和UIM-GND之間并聯一個0．1μF的電容，并在UIM-CLK、UIM-IO、UIM-RST與UIM-GND之間并聯一個33p的電容，這樣可以濾除射頻信號的干擾。同時應在UIMCL-K、UIM-IO、UIM-RST走線上串聯33Ω的電阻。UIM與EM200模塊的接口電路連接關系圖如圖3所示。

3．2 系統音頻部分設計

EM200模塊提供有完整的音頻接口，設計時只需要增加少量外圍輔助元器件即可。音頻分為主通道和輔助通道兩部分。此外，為了音頻信號傳輸的可靠性，音頻設計也應該盡量遠離模塊的射頻部分，以降低射頻對于音頻的干擾。由于第一路音頻輸入輸出通道（MICI-P、MICI-N；EARl-P、EARl-N）全部為差分信號，所以在具體的PCB布線時，必須滿足差分信號（差分信號是用一個數值來表示兩個物理量之間的差異）走線的要求，并且走線要盡可能的短，以避免射頻信號對音頻產生干擾。如果僅使用一路音頻通道，那么，最好使用第一路主音頻通道。其主音頻輸入輸出通道的設計電路如圖4所示。

3．3 系統狀態指示燈設計

由于無線通信過程看不見摸不著，這在某種程度上加大了程序調試的難度，為了更直觀的了解無線數據傳輸系統的工作狀態。本系統設計了由EM200 CDMA無線數據傳輸模塊LPG管腳控制的LED燈來作為指示網絡狀態的標志。并通過轉臺指示燈閃爍模式的不同來表示不同的網絡狀態。實際設計中，由于LPG管腳的驅動能力有限，不足與直接驅動LED，因此需要加一級三極管放大電路，具體的狀態指示燈電路如圖5所示。

4 移動終端軟件設計

本系統的軟件由上位機和下位機軟件、服務器應用界面和數據庫三部分構成，下位機軟件負責ARM微控制器與CDMA模塊之間的串口通信，其程序流程圖如圖6所示。

要使得無線數據傳輸系統能夠正確的傳送數據，就必須順利接入網絡。無線數據傳輸系統需要登陸CDMA網絡并與PDSN網關通過LCP、PA-P、IPCP協議進行協商。其中LCP、PAP和IPCP協議的幀結構大同小異，最常用的是請求REQ、響應ACK和拒絕NAK三種幀。LPC2210微控制器與PDSN各為一方進行協商，任何一方都可以發送REQ幀來請求某方面的配置，另一方認為不能接受配置，則會回應NAK幀；如果可以接受，則回應ACK幀。

5 結束語

根據近年來監控系統、CDMA數據通信技術的發展趨勢，本文介紹了一種移動終端在計算機之間進行無線數據傳輸的實現方法。在此基礎上，如果在監控端建立數據接收軟件和數據庫，以用來接收來自CDMA網絡的數據并存儲，以備查詢，則可以方便地實現數據的實施傳輸和歷史查詢。而如果用ARM控制器直接讀取監控器或傳感器的數據以完成數據采集，則可以實現數據的采集和無線傳輸控制。目前，該系統已經在出租、氣象、公安、運輸、水利等方面具有廣泛的應用。