地震数据传输中的3G无线通讯终端设计

叶世山，郭德顺，李　敬

（广东省地震局，广州　510070）

地震数据传输中的3G无线通讯终端设计

叶世山，郭德顺，李敬

（广东省地震局，广州510070）

针对2G网络速度慢，且在很多偏远山区信号弱并逐渐被3G、4G网络取代的现实，作者设计了一款基于3G网络的无线通讯终端，具有良好的可扩展性，经实际使用证明数据传输稳定可靠，解决了区域地震台网偏远山区的数据传输问题。

3G无线模块；EM660模块；地震数据传输

叶世山 ，郭德顺，李敬.地震数据传输中的3G无线通讯终端设计［J］.华南地震，2016，36（2）：84-88.［YE Shishan，GUO Deshun，LI Jing. Design of 3G Wireless Communication Terminal in Seismic Data Transmission［J］.South china journal of seismology，2016，36（2）：84-88.］

0　引言

由于地震监测站大多地处偏远山区，有线通讯网络无法覆盖，地震数据传输只能采用无线模式。广东省地震局在 “十五”、“十一五”期间建设的地震监测站大多采用基于2G无线网络的无线通讯模块传输地震数据，但随着3G、4G移动互联网技术的飞速发展和通信基站2G设备的老化，运营商逐渐停止了对2G网络数据通讯设备的维护，越来越多地方的2G网络数据业务逐渐暂停，使得这些地方的地震数据传输受到很大影响甚至完全终断。当前阶段偏远山区4G网络信号尚未得到很好覆盖，而3G网络则已普及得很好，并且比2G网络覆盖范围广、传输速度快，所以作者选择基于3G网络的华为EM660模块，设计了一款适合广东省地震局IP数据传输终端使用的3G网络无线通讯终端，解决了偏远地区的地震数据传输问题。

1　IP数据传输终端介绍

早期广东省地震局使用的IP数据传输终端是基于嵌入式Linux下的地震数据传输系统，集成了网络通信协议，屏蔽了链路建立、数据打包等网络通信细节，可使用GPRS、CDMA 2000 1xRTT （2G）和ADSL等多种链路传输地震观测数据［1］。IP数据传输终端可向因特网上的服务器发送数据包，从而可以迅速、简捷地建立网络。当传输敏感数据，需要更高安全性时，还可以构建虚拟私有网络VPN（Virtual Private Network），保证数据的安全性［1］。IP数据传输终端主要有嵌入式Linux控制器和通讯终端组成，IP数据传输终端系统框架图如图1所示。但早期的IP数据传输终端在无线传输方式上只支持2G无线网络数据业务，现在越来越多偏远的地震监测站2G网络数据业务逐渐给3G网络数据业务代替，出现在同一地方2G网络无法使用上网数据业务，而3G网络却可以的现象，为此有必要升级我们的IP数据传输终端，适应新的无线传输环境。

图1　IP数据传输终端系统框架图Fig.1 System framework diagram of IP data transmission terminal

2　EM660无线通讯模块介绍

华为公司生产的EM660无线模块，支持USB串行总线，网络类型为 CDMA 2000 1xEV-DO （3G），同时还包含丰富的外设接口，最大上行速率为1.8 Mbps，最大下行速率为3.1Mbps，该模块内嵌TCP/IP协议，支持AT指令。

3　3　G无线通讯终端电路设计

3G无线通讯终端通过USB接口与IP数据传输终端进行通信，实现3G无线上网；其连接方式如图2所示。

图2　3G无线终端与IP数据终端连接图Fig.2 Connection diagram of 3G wireless terminal and IP data terminal

3G无线通讯终端主要由3G无线模块和供电电路、RUIM卡接口电路和USB接口电路组成。EM660无线模块的接口形态为通用MiniPCIEpress接口，接口电路图如下图3所示。

3.1供电电路的设计

EM660模块外部供电电压规格为 DC3V～DC3.6V的电源 （典型值 DC3.3V），本电路采用DC3.3V给EM660模块供电。IP数据终端输出电源是DC12V和DC5V，我们选用LM2576S-ADJ电源管理芯片设计电路，将IP数据终端输出的DC12V电压或DC5V电压转换成DC3.3V电压，为EM660模块供电，并提供2个LED显示灯，显示模块工作情况和电路的供电情况，此外考虑到GSM大功率发射时候可能的电压跌落，在模块的电源端口处加上一个470 uF的电容，供电电路图如下图4所示。现在3G、4G移动技术发展快，对应的模块更新也快，不同的模块供电电压不一定相同，我们可利用可调电阻R1将输出电压调到DC1.23V～DC10V适合对应模块的工作电压，避免更新模块而再次修改电路。

3.2RUIM卡接口电路的设计

EM660模块可外接2.85V或1.8V的RUIM卡，接口电平为2.85 V或1.8 V。RUIM卡接口信号，如表1所示。

RUIM卡接口的速率典型在 3.25 Mhz左右，因此RUIM卡座应该距离模块接口较近的位置，避免因走线过长（走线建议不要超过100 mm），使波形严重变形，从而影响信号的传输。在UIMPWR上加一个0.1uF的电容、其余的UIM_CLK、UIM_IO、UIM_RST上则加 33pF电容到信号地GND网络，滤出天线信号的干扰；此外这4个信号还需要做ESD保护，否则ESD可能造成模块工作异常、死机、甚至损坏并引发其他安全问题。我们采用TVS（瞬态电压抑制二极管）管来实现防静电设计。RUIM卡接口电路如下图5所示。

图3　EM660模块MiniPCIEpress接口电路图Fig.3 MiniPCIEpress interface circuit of EM660 module

图4　EM660模块供电电路图Fig.4 Power circuit diagram of EM660 module

表1　RUIM卡管脚接口管脚描述Table 1 Pin description of RUIM card pin interface

3.3接口的设计

EM660模块提供一路高速USB2.0接口连接需要无线通讯网络的设备，将该USB接口直接接到IP数据传输终端的USB接口上，电路如下图6所示。

4　3　G无线通讯终端拨号上网的实现

IP数据传输终端使用的是嵌入式Linux系统，在嵌入式Linux系统下实现3G无线通讯终端拨号上网，需要编译适合该系统下的驱动和协议。嵌入式Linux系统下的拨号流程图如下图7所示。华为公司只为 EM660模块提供了在 Windows和Linux系统下的 USB驱动，为此我们需要移植EM660模块驱动、移植PPP协议和编写拨号脚本。

图5　EM660模块RUIM卡电路图Fig.5 RUIM card circuit of EM660 module

图6　EM660模块USB接口电路图Fig.6 USB interface circuit of EM660 module

图7　嵌入式Linux系统拨号流程图Fig.7 Dial flow chart of embedded Linux system

4.1移植EM660模块驱动

移植EM660模块驱动到嵌入式Linux系统下［2］，先需要获得该模块的VID、PID和Modem端口号，然后为嵌入式Linux添加内核支持、修改USB转串口高速支持，最后为嵌入式Linux系统重新编译内核及EM660模块驱动并下载到IP数据传输终端。

从EM660模块的数据手册可知道，EM660模块的VID是0x12D1，PID是0x1001，Modem端口号是ttyUSB0。

先配置Linux添加内核支持，包含USB转串口和PPP协议的支持，然后在Linux目录drivers/ usb/serial/option.c下添加EM660模块的Product号、Vendor和Product数组。option.c配置要点如下：

（1）添加EM660模块Product号。

#define HUAWEI_VENDOR_ID

0x12D1#define HUAWEI_PRODUCT_EM660

0x1001

（2）添加Vendor和Product数组。

在 static struct usb_device_id option_ids［］结构体数组内添加对EM660模块的支持。

｛USB_DEVICE_AND_INTERFACE_INFO（HU AWEI_VENDOR_ID，HUAWEI_PRODUCT_EM660，660，0xff，0xff，0xff）｝

Usbserial驱动的源代码是针对低速的串口设备编写的，所以在应到到高速3G终端设备之前，需要修改驱动代码以适应高速3G终端设备。修改USB转串口高速支持只需将Linux目录下drivers/ usb/serial/usbserial.c文件里面的usb_serial_probe（）函数中的buffer_size的值修改为4 096。

4.2编写拨号脚本

因IP数据传输终端已内置PPP协议，在此就不详细介绍PPP协议移植到嵌入式Linux系统。拨号脚本包含CDMA2000拨号脚本和CHAT脚本。

CHAT脚本主要用来设置拨号上网的APN、帐号、密码；CHAT脚本有cdma-connect和cdmadisconnect两个文件组成，这两个脚本在嵌入式Linux系统的/etc/ppp/chat目录下，cdma-connect脚本代码如下：

TIMEOUT 10

ABORT'BUSY'

ABORT'NO ANSWER'

ABORT'NO CARRIER'

SAY'Starting CDMA connect script '

#Get the modem's attention and reset it.

'''ATZ'

#E0=No echo，V1=English result codes

OK'ATE0V1'

#Dial the number

SAY'Dialing... '

OK'ATD#777'

CONNECT''

CDMA2000拨号脚本主要用来拨号上网，实现3G无线上网，此脚本在嵌入式Linux系统的/ etc/ppp/peers目录下，其脚本代码如下：

ttyUSB0#device Modem port

#Thefollowingtwosettingsneeda corresponding entry in

#/etc/ppp/chap-secrets.

user"username"#for user of VPDN

remotename"password"#for password of VPDN

xx.xx.xx.xx:xx.xx.xx.xx#VPDN IP address

115200#speed

#debug

replacedefaultroute#use the cellular network for the default route

defaultroute#use the cellular network for the default route

usepeerdns#use the DNS servers from the remote network

nodetach#keep pppd in the foreground

crtscts#hardware flow control

lock#lock the serial port

noauth#don't expect the modem to authenticate itself

#lcp-echo-interval 30

#lcp-echo-failure 4

persist

holdoff 0

#idle 0

#demand

novj

novjccomp

#scripts for connection/disconnection

connect"/usr/sbin/chat-v-f/etc/ppp/chat/ cdma-connect"

disconnect"/usr/sbin/chat-v-f/etc/ppp/chat/ cdma-disconnect"

5　结语

3G无线通讯终端具有简单实用的特点，可直接配合广东省地震局原有的IP数据传输终端实现3G无线网络的地震数据传输，目前该终端已在广东省部分无法使用2G网络数据业务的地震监测站使用，效果明显；从运行的情况来看该终端数据传输稳定、可靠，日后将逐渐代替原有的2G网络传输终端。经过实践运行，3G无线通讯终端具有以下优点：

（1）适用性强。解决了2G网络数据业务停用台站的传输问题。

（2）传输速度快。解决了2G网络数据传输慢，延迟大的问题，最大上行速率1.8 Mbps，最大下行速率3.1Mbps。

（3）兼容性强。采用通用 MiniPCIEpress接口，供电电路采用可调电压设计，可方便更换成其他3G、4G无线模块。

（4）易用性。采用USB接口，可方便的移植到其他设备上使用。

［1］吴叔坤，林伟，吴永权.广州数字地震台IP传输质量分析［J］.地震地磁观测与研究，2005，26（5）：106-113.

［2］韦东山.嵌入式Linux应用开发完全手册［M］.北京：人民邮电出版社，2008.

Design of 3G Wireless Communication Terminal in Seismic Data Transmission

YE Shishan，GUO Deshun，LI Jing
（Earthquake Administration of Guangdong Province，Guangzhou 510070，China）

In many mountainous areas the 2G signal is weaker，and its speed is slow，so the low speed traditional 2G mobile network is being replaced by 3G&4G gradually.To solve the problem of data transmission of regional seismic network in such mountainous area，the paper designs a wireless communication terminal based on 3G mobile network，which has a good expandable module，and is proved to be stable and reliable in data transmission.

3G wireless module；EM660 module；Seismic data transmission

TP277

A

1001-8662（2016）02-0084-05

10.13512/j.hndz.2016.02.013

2016-03-17

叶世山 （1985-），男，助理工程师，主要从事地震仪器维修工作.

E-mail：L143007@163.com.