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将GSM模块集成到嵌入式系统中的设计技巧
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能会筋疲力尽。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，对于平板电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，我常常会感到维持电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900Mhz和1800 MHz的频带，而美国使用950 Mhz和1850 Mhz的频带。
GSM模块使嵌入式系统能够发送和接收文本消息，在通用分组无线服务（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卡才能运行。
古老的GSM调制解调器技术还广泛用于其他类型的应用程序，包括自动售货机和能源系统。GSM技术使嵌入式系统无需人工干预即可将操作数据传输到中央服务器。GSM模块可用于自动售货机等任何方便的事情，这些设备能够在需要补充原料时提醒供应商，或者特别有用，例如能监控电气参数并使建筑物管理团队能够远程控制该系统的能效系统。
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卡插槽和天线插孔提供。模块也可以以集成（IC）封装的形式提供，但这需要您设计GSM IC的完整电路。
SIM900A是我在设计中使用的一种流行的GSM模块。SIM900A IC的工作电压范围为3.4V至4.4V。但是，它的峰值电流可能会超过2A，这会影响您设计PCB的方式。SIM900A包括一些用于GSM模块的关键通信电路-微控制器使用通用异步收发器（UART）并连接到SIM卡。
微控制器使用标准的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，可以完成诸如发送和接收文本消息之类的操作。对于有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GSM模块设计PCB时的最佳实践
在我的第一个原型中，我花费了数小时试图找出微控制器每次尝试发送文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，电压调节器不足以承受数据传输期间GSM模块消耗的电流。
困扰GSM模块设计的问题之一是电源容量有限。确保GSM模块接收正确的电压电平并不难，但是诀窍在于确保在传输数据时功率足够。典型的GSM模块在发射时可能消耗2A以上的电流。
您需要确保为GSM模块供电的电压调节器能够处理突然的电流尖峰。不仅如此，电源铜线连接必须足够宽且足够粗，以应对大电流。否则，您将有损坏铜轨本身的风险。使用适当的散热技术进行电源管理也很重要，因为它会产生大量的热量。
电磁干扰（EMI）也可能是影响嵌入式系统稳定性的问题。通常将天线连接到GSM模块以增强无线电波信号强度。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调制解调器与其他机载模块之间有足够的间隙）有助于减少EMI问题。
GSM模块在设计中引入了新的挑战和不确定性。虽然您无法围绕家人进行设计，但可以围绕电源完整性进行设计。