串口设备高速联网的利器——3G DTU简介

1 概述

我国的3G网络基本建设完成，3G信号已基本能覆盖各大中城市。相比2G/2.5G网络，3G网络的最大优点是打破了无线带宽瓶颈的限制，使无线应用不再受网络带宽的限制。当前国内三种3G网络(TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000 EV-DO)标准可达到几百K到几兆位的带宽，基本能满足如视频传输等各种需要高带宽的应用，大大拓展了无线网络的应用领域。

由于PC机系统功能强大，集成了各种驱动和网络协议栈并具有USB主机接口，使用一般USB接口的3G上网卡即可连接网络。而嵌入式设备运行的程序软件大多是前后台模式或者是精简的实时操作系统，一般只有RS-232、RS-485或CAN等接口，无法像PC机一样直接使用USB接口的3G上网卡进行连接网络，而且用于PC机无线上网的3G上网卡一般都是民用级设计，不能胜任嵌入式设备苛刻的工业级应用。

目前让嵌入式设备连接无线网络的最佳解决方案是通过外接3G DTU，只要有串口就能实现无线联网。3G DTU是专门针对各种嵌入式设备无线联网需求而设计的，对嵌入式设备要求简单，不需要集成驱动和网络协议栈，通过嵌入式设备的串口即可向网络无线透明发送数据，而且3G DTU采用工业级设计方案，可以稳定可靠地应用在各种苛刻、恶劣的工业现场。

本文主要讲解由广州致远电子有限公司设计及生产的3G DTU，该3G DTU是一款基于3G WCDMA网络的无线数据传输终端设备，其提供了全透明的数据通道，可以方便地实现用户嵌入式设备远程、无线、网络化的通信方式。

2 产品特点

由广州致远电子有限公司设计及生产的WCDMA 3G DTU型号为ZWW-36A，如图1所示。该DTU由独立的32位高性能工业级ARM9处理器和工业级3G模块组成，内部采用完善的系统，集成了各种硬件驱动和网络协议栈，网络通信性能优异。

ZWW-36A使用高性能ARM9处理器完成各种网络协议处理及用户数据交换，避免由于处理器速度慢导致丢失数据或由于处理能力差导致传输速度慢等现象。

ZWW-36A使用的是WCDMA网络，WCDMA网络的HSDPA模式(下行链路)理论值可达7.2 Mb/s，HSUPA(上行链路)理论值可达5.76 Mb/s，完全可以满足高速数据传输的应用。

ZWW-36A具有如下特点：

· 工业级高速RS-232电平串行接口，最高波特率921 600 b/s;

· 超大数据缓存区设计(收发各10 MB)，采用动态划分技术，高效使用缓存区;

· 支持串口配置和USB接口配置，方便没有串口的计算机使用;

· 支持短信配置与维护;

· 使用工业级WCDMA模块;

· 内嵌完备可靠的协议栈，数据全透明传输，用户无需了解复杂的TCP/IP、PPP等协议;

· 支持数据中心动态域名或IP地址访问;

· 支持备用数据中心;

· 支持断线自动重连功能;

· 具有连接时机可控功能，节约流量;

· 支持本地和远程图形化向导式配置与维护;

· 支持数据中心虚拟串口功能，无缝衔接现有上位机软件;

· 在主流组态软件中集成驱动，使用简便;

· 多重软硬件可靠设计，复合式看门狗技术，使设备安全运行;

· +6 V～+26 V宽范围供电;

· 可适应高温和低温工作环境，温度范围-20 ℃~+70 ℃。

2.1 传输速度

ZWW-36A支持的最大串口波特率为921 600 b/s，解决了传统DTU串口速度慢的瓶颈。其内置高性能ARM9处理器，能快速处理各种网络协议数据。传统的DTU设计方案主控制器和无线模块之间都是采用串口的通信方式，串口波特率低导致整个DTU设备的速度上不去，而ZWW-36A打破了传统DTU的设计方案，其与3G模块之间直接采用全速的USB2.0接口，通信速度大幅提高。

2.2 大缓存设计

ZWW-36A内置上下行各10 MB的缓存，避免出现由于网络不通导致用户数据丢失的现象。另外，ZWW-36A的大容量缓存采用动态划分技术，用户可以根据实际要求设置最大包长，从而提高缓存的利用率。

如最大网络数据包设置为1 460 B，10×1 024×1 024 B≈1 460×7 182，这种配置使设备10 MB的缓存使用网络负载为1 460 B为一帧的方式存储，最多可存储7 182帧的数据。这种方式主要应用在需要高速大数据量传输的应用，减少了网络负荷，提高了网络数据包的利用率，进而提高了网络传输速度。

如最小网络数据包设置为64 B，10×1 024×1 024 B≈64×163 840，这种配置使设备10 MB的缓存使用网络负载为64 B为一帧的方式存储，最多可存储163 840帧的数据。这种方式主要应用在频繁的小数据量传输的应用，相对于固定帧长度的传统方法，该方案极大地提高了10 MB缓存的利用率。

2.3 多种工作模式选择

ZWW-36A支持三种工作模式：永远在线、空闲下线和空闲掉电。这三种工作模式的各工作参数对比如表1所示。

2.4 支持硬件流控

ZWW-36A支持的串口波特率高达921 600 b/s，对于嵌入式系统的应用，串口的高波特率意味着需要用户的嵌入式设备具有比较强的处理能力。而普通的DTU不支持硬件流控，对于高速的串口波特率，用户的嵌入式设备如果处理不过来会导致串口出现丢数的现象。ZWW-36A支持硬件流控，可以根据用户需要进行配置是否使能硬件流控。

禁止串口硬件流控功能后的硬件接线图如图2所示，根据用户的嵌入式设备的处理能力，一般低波特率(≤115 200 b/s)可使用这种方式。

使能串口硬件流控的硬件接线图如图3所示，这种方式主要是针对串口高波特率(>115 200 b/s)的应用，使能串口硬件流控杜绝了用户嵌入式设备在高波特率下超负荷处理导致丢数的现象。

2.5 性能稳定可靠

ZWW-36A使用了双重看门狗技术，并在软件的各个层面建立错误处理机制，确保设备能有多重的软硬件保护，防止设备出现死机、不上线等现象，满足工业现场的应用。

3 应用示例

社会的安全问题日渐得到人们的重视，建立安全城市关系到社会经济的稳定发展。城市公交作为一个重要的公共场所，安全问题尤为重要，本文利用3G DTU建立了一个城市公交的无线视频监控系统，如图4所示。

城市公交视频监控系统的主控制板采用TI的达芬奇系列处理器工控主板，该主板负责采集各种传感信号(如温度、烟雾等)，并处理视频摄像头的视频信号，通过3G DTU把各种传感信号和视频信号发送到监控中心，由监控中心进行管理和监控。

4 小结

3G DTU具有操作简单方便、稳定可靠等特点，为用户的嵌入式系统设备提供串口间高速的无线联网功能，使用户完全摆脱繁琐复杂的设备联网操作，更能专注于行业的应用。