【应用】龙尚4G通信模组U9300C在4G DTU中的应用,内置MQTT协议,上行速率高达50Mbps
4G DTU传输速率高,数据量大,支持TCP和UDP报文格式,以及传输视频数据,在工业物联网中应用中已逐渐取代GPRS DTU。在近期开发的一款工业级的4G DTU中,采用MT7688主控芯片,内置4G通讯模组,并配置RS485、RS232、wlan接口,实现本地设备向云端数据透传,其系统原理图如图1所示。
图1. 4G DTU系统原理图
该DTU采用MT7688主控芯片,通过RS485、RS232、wlan接口与上位机通讯,通过USB接口与4G模组进行通信和控制。在本项目中, 4G 通讯模组选择LONGSUNG(龙尚)公司的U9300C 7模4G模组,该模组支持LTE TDD/LTE FDD/ UMTS/EVDO/TD-SCDMA/GSM/GPS,支持移动/联通/电信 4G/3G/2G以及所有网络制式下的通话和数据通信业务。其下行可达150Mbps,上行可达50Mbps(FDD-LTE/TDD-LTE网路),满足DTU对数据带宽的要求。同时该模组支持GNSS定位功能,便于云端监控大屏直接通过GIS地理信息系统显示。U9300C通讯单元原理图如图2所示。
图2.U9300C通讯单元原理图
如图2所示, U9300C通信单元主要分为电源部分、SIM卡座电路、RESET(复位)电路、USB通信电路几个功能部分。设计时应注意:
电源部分。U9300C在数据传输时,瞬间发射具有高达2A的电流峰值,当VBAT端电压支撑不足时,会造成模组供电电压过低关机,所以在设计时VBAT端应并联2200uF的大容量贴片铝电解电容,同时采用33pF、0.1uF、10uF的MLCC电容组合滤波,滤除前级DC/DC电路引入的差模干扰。在该设计中,VBAT电压保持在3.8V左右。
复位电路。U9300C通过RESET引脚进行复位,RESET引脚拉低时间T为130mS<T<1000mS时,进入RESET状态。设计时RESET引脚上拉模块电压(3.8V)后,直接接入MT7688的GPIO口(注:实际使用时,需要增加ESD二极管,防止电压超过MT7688的GPIO口最高电压,如并联击穿电压为3.5v的ESD二极管),GPIO口应设置为输入内部上拉的工作方式,串联10R的电阻可以起到滤波和限流的作用。
USB电路设计时增加共模滤波器可以有效的消除传输线的干扰,提高通信质量,在本次设计中选用90Ω@100MHz 共模滤波器DLP11SN900HL2L。 同时D+/D-串联10Ω的匹配阻抗,该阻抗值需要在实际的PCB设计中根据传输线的长度、layout方式进行仿真设计。
整个U9300C通过MINI PCI-E接口与MT7688进行通信,MT7688安装linux内核,通过加载LONGSUNG公司提供的USB-linux驱动来完成U9300C的初始化工作。同时LONGSUNG公司提供了该模组的参考例程,方便用户的开发。该4G-DTU硬件如图3所示:
图3. U9300C 硬件实物图
在DTU 4G的长时间、大数据量传输测试试验中,U9300C传输稳定,丢包极少,满足产品的实际应用要求。
U9300C在DTU中的产品优势如下:
下行可达150Mbps,上行可达50Mbps,数据传输稳定可靠。
支持多种制式,包括GPRS、GPS等,使得DTU在各种网络环境下都能传输数据。
内置多种丰富的协议,包括MQTT,TCP,UDP,HTTP等,降低产品的开发难度
完备的开发资源,如模块的USB驱动,设计原理图参考等,加速产品的开发上市。
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