نقش ماژول GSM در سیستم های کنترل از راه دور سیم کارتی

ماژول چیست؟

به مجموعه ای از قطعات الکترونیکی فشرده در یک برد یا یک واحد نرم افزاری با کدهای خاص ماژول Module)) گفته می شود که برای اجرای یک کاربری واحد و یا چندگانه، طراحی و تولید می شوند. در یک دستگاه هر ماژول قسمتی مجزا از آن سیستم است که هر کدام به تنهایی یک هدف خاصی را دنبال می کند. با قرار گرفتن این قطعات در کنارهم، هدف نهایی سیستم اجرا می شود. در واقع از ماژول‌ها به عنوان بخشی از یک سیستم بزرگ‌تر می‌توان استفاده کرد. ماژول‌ها را معمولا با قطعات الکترونیکی SMD در ابعاد کوچک می‌سازند و با توان مصرفی بسیار کمی کار می کنند. ماژول‌ها انواع گوناگونی دارند که ممکن است یک کاربری یگانه یا چندگانه داشته باشند. به عنوان مثال برای برقرار کردن ارتباط بی سیم کوتاه از ماژول بلوتوث که با تراشه Bluetooth ساخته شده است استفاده می شود و از ماژول شتاب سنج برای مشخص کردن شتاب یک جسم متحرک استفاده می‌شود.

برای درک بهتر نحوه استفاده از ماژول ها ساختار یک لب تاب را در نظر بگیرید. هر لب تاب از چندین بخش مختلف تشکیل شده است و هر بخش دارای تعداد زیادی واحد سخت افزاری و نرم افزاری (ماژول) است که هر کدام وظیفه ای مجزا را به عهده دارند.

انواع دسته بندی ماژول:

ماژول ها را می توان به دو دسته اصلی تقسیم نمود:

ماژول های سخت افزاری: مجموعه قطعات الکترونیکی هستند که در یک برد کوچک برای انجام وظیفه ای خاص طراحی شده اند. ماژول پس از دریافت داده ها اطلاعات مورد نیاز را در خروجی تحویل می دهد.

ماژول های نرم افزاری: قطعه کدهای برنامه نویسی هستند که یک بار توسط برنامه نویس برای اجرا و پردازش عملی خاص نوشته می شوند و سپس در نرم افزارهای مختلف قابلیت استفاده دارند. ماژول های نرم افزاری در واقع بخشی از یک نرم افزار بزرگ را تشکیل می دهند. ماژول ها به راحتی به صفحات وب اضافه می شوند، ویرایش می گردند و قابل حذف، ذخیره و جابجایی بر روی صفحات می باشند. برخی از این ماژول ها عبارتند از ماژول جستجو، ماژول اسلایدر، ماژول اخبار، ماژول ورود کاربران و ...

مزایای استفاده از ماژول

هر دستگاه الکترونیکی از مجموعه ای از قطعات الکترونیکی و نرم افزارهای نوشته شده مختص آن ساخته می شود و طراحان برای ساخت آن دو گزینه پیش روی خود دارند:

1. استفاده از ماژول های سخت افزاری یا نرم افزاری حرفه ای آماده
2. طراحی بخش های مختلف سخت افزاری مدار با استفاده از تراشه ها و سنسورهایی که برای طراحی در مدارهای مختلفی استفاده می شوند و طراحی نرم افزارهای مورد نیاز آن

امروزه با توجه به اینکه استفاده از ماژول ها باعث صرفه جویی در زمان و کاهش هزینه های ساخت یک سیستم می شود و همچنین بدلیل برخورداری از صحت عملکرد دقیق مورد اطمینان و استفاده اکثر طراحان است.

به عنوان مثال اگر در یک سیستم نیاز به ارتباط با شبکه ماهواره ای به منظور موقعیت یابی (GPS) داشته باشیم، بجای قرار دادن سخت افزارهای پیچیده و برقراری اتصال قطعات مربوطه در برد دستگاه، برنامه نویسی آن بخش و ارتباط دادن آن با برنامه اصلی که فقط برای اجرای یک هدف خاص و معین است، می توانیم با استفاده از یک ماژول GPS به کار خود سرعت بخشیده و با صرف هزینه کمتر نتیجه صد در صدی را بدست آوریم.

یکی دیگر از مزایای استفاده از ماژول این است که می توان آن را به صورت جداگانه بر روی سیستم نصب، جابجا و حتی تعمیر کرد.

ماژول های ارتباطی بی‌سیم مانند ماژول GSM، ماژول RFID، ماژول WIFI، ماژول بولوتوث و ... در اینترنت اشیا IoT) مخفف کلمه (Internet of Things استفاده فراوان دارند. در این مقاله به صورت انحصاری به توضیح و تشریح عملکرد ماژول GSM می پردازیم.

 

ماژول‌ GSM چیست؟

ماژول GSM یکی از ماژول های مخابراتی پرکاربرد در بین ماژول های سخت افزاری است که می تواند نوعی از ارتباط را بین مجموعه فرستنده و گیرنده برقرار کند. به این صورت که داده‌هایی را که تلفن‌ همراه به آن می دهد به امواج رادیویی تبدیل می کند و در سمت گیرنده امواج رادیویی را دریافت و به داده های قابل فهم برای سیستم تلفن همراه تبدیل می کند.

در سیستم های کنترل از راه دور و ارتباطات بی سیم بیشتر از امواج رادیویی به خاطر نرخ داده بالا و عدم نیاز به دید مستقیم بین فرستنده و گیرنده، استفاده می‌شود. به همین دلیل جهت برقراری ارتباط با شبکه های مخابراتی در سیستم های کنترل از راه دور سیم کارتی از ماژول GSM استفاده می شود. ماژول GSM می تواند از طریق سیم‌کارت و امواج رادیویی به شبکه مخابراتی وصل شود و امکان برقراری تماس، ارسال پیامک و ارسال و دریافت داده از طریق اینترنت را فراهم آورد.

در واقع ماژول‌های GSM ارتباط بین میکروکنترلر با شبکه GSM را برقرار می‌کنند و این امکان را فراهم می‌کنند تا میکروکنترلرها با دیگر دستگاه‌ها و تجهیزات به صورت بی‌سیم ارتباط برقرار کنند. باندهای فرکانسی متداولی که ماژول‌های GSM در آن کار می‌کنند، عبارتند از باند 850، 900، 1800 و 1900 مگاهرتز.

هر ماژول GSM یک شناسه منحصر به فرد 15 رقمی تحت عنوان IMEI دارد که توسط آن در شبکه شناخته می‌شود.

IMEI مخفف عبارت International Mobile Equipment Identity و به معنای شناسه بین‌المللی تجهیزات موبایل می‌باشد و هدف استفاده از آن، شناسایی دستگاه مجهز شده به ماژول و همچنین مسدود کردن آن‌ از طریق شبکه است. این شماره سریال برای هر گوشی در دنیا یک شماره مشخص است و تنها برای یک گوشی استفاده میشود و تکراری نیست. با شماره گیری کد *#06# سریالIMEI  گوشی تان نمایش داده میشود.

کاربرد ماژول GSM

ماژول GSM قطعه فشرده ای است که داده های دریافتی از سنسورها و بردهای الکترونیکی را به شبکه مخابرات انتقال می دهد. این ماژول قابلیت انعطاف پذیری بالایی داشته و در سیستم های مختلف امکان نصب و استفاده را دارد.

با استفاده از ماژول GSM، قادر به انجام کارهای زیر خواهیم بود:

1. برقراری یا دریافت تماس صوتی
2. ارسال و دریافت پیامک
3. اضافه کردن، خواندن و جست و جوی مخاطبین در سیم‌کارت
4. ارسال و دریافت داده در شبکه همراه

ماژول GSM به میکروکنترلرها اجازه می‌دهد تا با دستگاه‌ها و ابزارهای دیگر ارتباط بی‌سیم داشته باشد. با این اتصال بی سیم می توان به طیف گسترده ای از برنامه ها مانند اتوماسیون خانگی، سیستم های امنیت خانگی، مدیریت بلایای طبیعی، کمک پزشکی، ردیابی خودرو، بانکداری آنلاین، تجارت الکترونیک و ... دسترسی پیدا کرد.

انواع ماژول GSM

ماژول های GSM در سراسر جهان توسط شرکت های مختلفی تولید می شوند. یکی از این شرکت ها Simcom (سیمکام) است که ماژول های آن بسیار مشهور، مقرون به صرفه و مطابق با استاندارد GSM هستند و در شبکه های مخابراتی سراسر جهان مورد استفاده قرار گرفته اند. یکی دیگر از فروشندگان پیشگام و محبوب ماژول های سلولی برند Quectel (کواکتل) است که مانند سیمکام یک برند چینی است.

برندWavecom  (ویوکام) نیز از سازندگان ماژول های GSM است که بدلیل رعایت استانداردهای GSM مورد اعتماد بسیاری از کاربران است اما بدلیل گران بودن آن طراحان به سمت Simcom حرکت می کنند.

نمونه ای از ماژول های معروف شرکت Simcom ماژول های sim900 ،  sim800c،  sim800، sim8260e و... از برند Quectel ماژول های m66 ، mc60 ، uc20 ، ec20 و ... می باشند. هر کدام از این ماژول ها مطابق با مدل آی سی داخل آن کارایی و توانایی کار در بستر شبکه های 2G ، 3G ، 4G را دارند.

در ایران چندین سال است که در دستگاه های مخابراتی از ماژول های GSM شرکت Simcom بدلیل داشتن استاندارد، رایج بودن و ارزان بودن برای اتصال به شبکه استفاده می شود.

برخی پارامترهای سخت‌افزاری که برای انتخاب ماژول GSM/GPRS مهم هستند عبارتند از:

1. نرخ داده خروجی بین ماژول و پردازنده
2. نوع سرویس دهی به لایه‌های بالایی
3. استاندارد یا نسل  GSM
4. مصرف توان
5. فرکانس کاری (برخی از فرکانس‌ها در کشورهای مختلف پشتیبانی نمی‌شود)
6. مدولاسیون
7. کدینگ

 

ماژول SIM800C

 

در بسیاری از دستگاه های الکترونیکی جهت کنترل آن ها از راه دور و از طریق موبایل (اینترنت اشیا) از ماژول SIM800C استفاده می شود. مانند رله های سیم کارتی، مرکز کنترل کرکره برقی سیم کارتی، تلفن کننده، دزدگیرهای سیم کارتی و ... که از طریق تماس تلفنی یا پیامک از راه دور کنترل می شوند. همان طور که گفته شد ماژول SIM800C ساخت شرکت Simcom هست و در گروه ماژول های 2G قرار دارد. ماژول SIM800C قابلیت های مهم و کاربردی مثل تماس تلفنی، ارسال و دریافت پیام کوتاه، اینترنت، بلوتوث و... را دارد. از مهم ترین ویژگی های آن ابعاد بسیار کوچک (2.3*15.7*17.6mm) و مصرف انرژی بسیار کم آن است. این ماژول می تواند در چهار باند فرکانسی 850 ، 900 ، 1800 و 1900 مگاهرتز فعالیت کند. ماژول SIM800C باAT Command هایی که در دیتاشیت آن نوشته شده است راه اندازی می شود. درونSIM800C  اینترفیس های متفاوتی پیاده سازی شده است که از جمله ی آن می توان به ارتباط سریال، پروتکلUSB ، ارتباط SPI ، نام برد. علاوه بر این دارای بخش RTC و قابلیت اتصال باتری بک آپ می باشد تا بتواند زمان و تاریخ را محاسبه و در خود بروز نگه دارد. همچنین جهت پخش و ارسال صدا حین تماس دارای پورت ورودی و خروجی صدا هست. ماژول SIM800C را میتوان از طریق ارتباط سریال به میکرو متصل نمود و دستورات را از این طریق برای آن ارسال نمود. میکرو یا پردازنده ای که ماژول GSM به آن متصل است، وظیفه ارسال دستورات AT به ماژول را بر عهده دارد. در پاسخ، ماژول GSM وظایف خاصی از قبیل پاسخ دادن به تماس تلفنی، ارسال پیام کوتاه و غیره را انجام می دهد.