【应用】有方科技小体积GPRS无线通信模块N11用于工业CAN总线通信，支持多个通信频段，传输距离可扩展

时间： 2022-08-17 来源：世强

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该项目是为某公司定制的一块工业CAN总线通信控制板。主要功能是处理器采用一路CAN总线和其他CAN设备进行交互通信，然后用GPRS模块将数据传输到无线基站，再通过无线基站把数据汇总到远程服务器进行处理。项目选用了有方科技的N11作为GPRS无线通信模块，本文介绍N11模块的设计和使用。

板卡主要功能框图如下所示。

图 1 板卡主要功能框图

板卡的处理器通过一个CAN控制器外接CAN收发器，用来和CAN设备通信。从CAN设备获取的数据经过处理器处理后，通过UART传给N11模块，再由N11转换为GPRS无线信号发送给附近的基站，通过基站再转发给远程服务器。因为传输的数据量不大，因此选用了GPRS模块N11作为无线通信器件。这里选择N11的原因主要有以下几点：

1） N11模块采用20pin LGA封装，体积小，可以节省PCB空间；

2） N11模块支持GPRS协议，具有低功耗的特点，室外使用可以降低设备整体功耗，提高设备可靠性；

3） N11模块采用UART通信接口，所有处理器均可与之对接，满足项目简化设计的要求；

4） N11模块采用GPRS通信协议，可以使用现有运营商的无线基站进行组网，不需要再单独组建传输网络，节约了项目成本；

5） N11模块可以通过现有无线基站进行数据传输，距离可以通达全球，提高了项目的可扩展性。

2. N11模块介绍

N11是有方科技公司的GPRS通信模块， N11主要性能特点如下：

●支持通讯波特率设置，波特率范围 9600-115200bps。

●支持AT指令集和扩展指令集。

●支持GSM850/EGSM900/DCS1800/PCS1900频段。

●支持待机和休眠模式，待机模式电流为11mA，休眠模式电流小于1.1mA。

●理论最大上下行速率为85.6Kb/s。

图 2 N11功能框图

3. N11原理图设计

图 3 N11原理图

N11模块供电电压范围是3.4V~4.3V，典型值为3.9V，因此我们采用3.9V为N11供电。这里在电源引脚加了一颗磁珠和两个陶瓷电容，因为陶瓷电容的ESR很小，可以为N11提供稳定的电压。N11的20脚为天线引脚，外接一个RC网络（其中C43，C44为预留），再通过IPEX插座外接天线。N11的16脚为网络指示灯，用来指示GPRS网络的状态。13、14脚为N11的调试串口，11、12脚为接处理器的通信串口，需要注意的是N11的IO接口电压为2.8V，而一般处理器的IO电压为3.3V，N11模块不能输入高于2.8V的电压，需要进行电平转换后使用（这里采用了一颗4通道的电源转换芯片来把两个UART转换为3.3V，见图中U9，由15脚提供电平转换的2.8V电源）。N11的5脚为开关机控制引脚，根据N11的资料建议，外接了一个三极管，由处理器来控制N11的开关机。图中6、7、8、9引脚用来接SIM卡，N11支持1.8V和3.0V的SIM卡，直接连接即可。

4. N11 PCB设计

N11的PCB设计图如下所示。

图 4 N11 PCB图

图中J7为调试串口，J6为天线插座。N11的PCB设计并不复杂，唯一需要注意的是天线输出的是模拟信号，需要按照模拟信号的规范布线，尽量缩短N11和J6之间的距离，同时天线信号两边包地处理，距离其他电路和走线尽量远，减少相互干扰。

5. 结论

N11是一款低功耗的无线收发模块，支持GPRS通信协议，支持多个工作频段，传输距离可以根据无线基站进行无限扩展。经过实际测试，该模块的数据收发稳定可靠，达到了项目的预期要求。

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UART x 2 PWRKEY_N RESET_N DTR (低功耗控制) NET_LIGHT USIM (1.8 V/3.0 V)

GSM/GPRS: 850/900/1800/1900 MHz

TCP/UDP/TLS/MQTT/DNS/FTP/HTTP/HTTPS/NTP

VBAT: ±8 kV/±15 kV GND: ±8 kV/±15 kV ANT: ±8 kV/±15 kV 其他: ±4 kV/±8 kV

-40℃～+85℃

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