一种4G通讯串口模块的制作方法

一种4g通讯串口模块
技术领域
1.本实用新型涉及互联网通讯技术领域，具体的说是涉及一种4g通讯串口模块。


背景技术：

2.现在的互联网应用越来越广泛，各行各业都需要用到4g网络来传输数据。目前，市场上大多的4g模块通讯速率低。
3.现有技术中，4g串口通讯模块的缺陷：
4.1.市场上大多的4g串口通讯模块采用的是电平转换芯片式的转换电路，此电路的传输效率受限于芯片本身的处理速度，数据实时性大打折扣；
5.2.传统的4g串口通讯模块受到外来信号干扰时，数据会出现丢失的情况。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的不足，本实用新型要解决的技术问题在于提供了一种4g通讯串口模块。设计该4g通讯串口模块的目的是提高传输效率，受到外来信号干扰时，数据不会丢失。
7.为解决上述技术问题，本实用新型通过以下方案来实现：本实用新型的一种4g通讯串口模块，包括：
8.两组电源模块，该两组电源模块均接入5v电源，其分别是5v转3.8v电源模块、5v转 3.3v电源模块，所述5v转3.8v电源模块将输入的5v电源转3.8v降压输出，所述5v转3.3v 电源模块将输入的5v电源转3.3v降压输出；
9.主cpu，该主cpu电源输入端接入所述5v转3.8v电源模块的输出端和所述5v转3.3v 电源模块的输出端；
10.4g天线，电连接至所述主cpu的4g射频发送端，4g天线采用的是四根数据根线接入所述主cpu的4g射频发送端；
11.电平转换电路，输入端分别和所述5v转3.3v电源模块、所述主cpu电连接；
12.4g串口，和所述电平转换电路的输出端电连接；
13.硬件流控接口，和所述电平转换电路的输出端电连接；
14.所述电平转换电路包括：
15.第一电平转换电路，该第一电平转换电路包括电阻r4、电阻r5和三极管q4，所述电阻 r4的一端接入所述主cpu的v_global脚，其另一端连接所述npn型三极管q4的基极，所述 npn型三极管q4的发射极接至所述主cpu的uart1_tx脚，其集电极连接至所述电阻r5的一端以及连接器的mcu_uart1_rx连接端，所述电阻r5的另一端接入3.3v电压；
16.第二电平转换电路，该第二电平转换电路包括电阻r6、电阻r7和三极管q3，所述电阻 r6的一端接入所述主cpuv_global脚，其另一端分别连接所述npn型三极管q3的集电极和所述主cpu的uart1_rx脚，所述npn型三极管q3的发射极接至所述连接器的mcu_uart1_tx 连接端，其基极连接所述电阻r7，所述电阻r7的另一端接入3.3v电压；
17.第三电平转换电路，该第三电平转换电路包括电阻r10、电阻r11和三极管q5，所述电阻r10的一端接入所述主cpuv_global脚，其另一端分别连接所述npn型三极管q5的集电极和所述主cpu的uart1_cts脚，所述npn型三极管q5的发射极接至所述连接器的 mcu_uart1_rst连接端，其基极连接所述电阻r11，所述电阻r11的另一端接入3.3v电压；
18.第四电平转换电路，该第二电平转换电路包括电阻r12、电阻r16和三极管q6，所述电阻r12的一端接入所述主cpuv_global脚，其另一端分别连接所述npn型三极管q6的集电极和所述主cpu的uart1_rts脚，所述npn型三极管q6的发射极接至所述连接器的 mcu_uart1_cts连接端，其基极连接所述电阻r16，所述电阻r16的另一端接入3.3v电压。
19.进一步的，所述串口模块还包括指示灯，所述指示灯与所述主cpu电连接。
20.更进一步的，所述指示灯包括电源指示灯、4g网络指示灯。
21.进一步的，所述5v电源的输入端接有两个并联的电容储电。
22.更进一步的，所述两个并联的电容中，每个电容的电容值至少是10uf。
23.进一步的，所述4g天线的接口采用贴片式的rf同轴连接器。
24.进一步的，所述主cpu的型号为air724ug-na。
25.进一步的，所述5v转3.8v电源模块的电路包括直流转直流降压芯片u2、电阻r1、电容 c3、电感器l1、电阻r2、电阻r3、电容c4、有极性电容c5、有极性电容c6、电阻r23和电源指示灯pwr；
26.所述直流转直流降压芯片u2的en-4脚和所述直流转直流降压芯片u2的in-5脚之间连接有电阻r1，所述直流转直流降压芯片u2的in-5脚接入所述5v电源，其sw-6脚和所述直流转直流降压芯片u2的bs-1脚之间连接有电容c3，所述直流降压芯片u2的sw-6脚还连接有电感器l1，所述电感器l1的另一端连接所述电阻r2，所述电阻r2的另一端连接所述电阻 r3以及所述直流转直流降压芯片u2的fb-3脚，所述电阻r3的另一端接至所述直流转直流降压芯片u2的gnd-2脚；
27.所述电感器l1和所述直流转直流降压芯片u2的gnd-2脚之间电路中分别连接有电容c4、有极性电容c5、有极性电容c6，所述电感器l1的输出端输出3.8v电压，其输出端还连接有电阻r23，所述电阻r23的另一端接电源指示灯pwr，所述电源指示灯pwr的另一端接至所述直流转直流降压芯片u2的gnd-2脚，所述直流转直流降压芯片u2的gnd-2脚接地。
28.进一步的，所述5v转3.3v电源模块的电路包括直流转直流降压芯片u3、电容c16、电容c17；
29.所述直流转直流降压芯片u3的in-1脚接入5v电源，其gnd-2脚接地，所述直流转直流降压芯片u3的in-1脚和所述直流转直流降压芯片u3的gnd-2脚之间连接有电容c16，所述直流转直流降压芯片u3的en-3脚和所述直流转直流降压芯片u3的in-1脚连接，所述直流转直流降压芯片u3的out-5脚输出3.3v电压以及所述直流转直流降压芯片u3的out-5脚连接电容c17，所述电容c17的另一端接地。
30.进一步的，所述连接器通过电路连接至mcu。
31.相对于现有技术，本实用新型的有益效果是：
32.1.本实用新型的4g通讯串口模块仅用2个电阻和一个npn型三极管组成了电平转换电路，通过npn型三极管的通断效率，提高本实用新型的4g通讯串口模块的通讯效率。
33.2.本实用新型的4g通讯串口模块受到外来信号干扰时能够保证数据不丢失。
34.3.本实用新型的4g通讯串口模块采用dc-dc电源转换模块，保证模块发送射频信号时所需的电流充足。
附图说明
35.图1为本实用新型4g通讯串口模块的原理框图。
36.图2为本实用新型主cpu电路图。
37.图3为图2的a部放大图。
38.图4为图2的b部放大图。
39.图5为本实用新型5v转3.8v电源模块的电路图。
40.图6为本实用新型5v转3.3v电源模块的电路图。
41.图7为本实用新型二次开发的连接器电路图。
42.图8为本实用新型复位电路图。
43.图9为本实用新型sim卡座电路图。
44.图10为本实用新型的usb接口电路图。
45.图11为本实用新型网络指示灯电路图。
46.图12为本实用新型电平转换电路图。
47.附图中标记：5v电源1、5v转3.8v电源模块2、5v转3.3v电源模块3、主cpu4、4g天线5、指示灯6、电平转换电路7、4g串口8、硬件流控接口9。
具体实施方式
48.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
49.实施例1：本实用新型的具体结构如下：
50.请参照附图1-12，本实用新型的一种4g通讯串口模块，包括：
51.两组电源模块，该两组电源模块均接入5v电源1，其分别是5v转3.8v电源模块2、5v 转3.3v电源模块3，所述5v转3.8v电源模块2将输入的5v电源转3.8v降压输出，所述5v 转3.3v电源模块3将输入的5v电源转3.3v降压输出；
52.主cpu4，该主cpu4电源输入端接入所述5v转3.8v电源模块2的输出端和所述5v转3.3v 电源模块3的输出端；
53.4g天线5，电连接至所述主cpu4的4g射频发送端，4g天线5采用的是四根数据根线接入所述主cpu4的4g射频发送端；
54.电平转换电路7，输入端分别和所述5v转3.3v电源模块3、所述主cpu4电连接；
55.4g串口8，和所述电平转换电路7的输出端电连接；
56.硬件流控接口9，和所述电平转换电路7的输出端电连接；
57.所述电平转换电路7包括：
58.第一电平转换电路，该第一电平转换电路包括电阻r4、电阻r5和三极管q4，所述电阻 r4的一端接入所述主cpu4的v_global脚(即主cpu4的65脚)，其另一端连接所述npn型三
极管q4的基极，所述npn型三极管q4的发射极接至所述主cpu4的uart1_tx脚(即主cpu4 的36脚)，其集电极连接至所述电阻r5的一端以及连接器(图7)的mcu_uart1_rx连接端，所述电阻r5的另一端接入3.3v电压；
59.第二电平转换电路，该第二电平转换电路包括电阻r6、电阻r7和三极管q3，所述电阻 r6的一端接入所述主cpu4v_global脚，其另一端分别连接所述npn型三极管q3的集电极和所述主cpu4的uart1_rx脚，所述npn型三极管q3的发射极接至所述连接器(图7)的 mcu_uart1_tx连接端，其基极连接所述电阻r7，所述电阻r7的另一端接入3.3v电压；
60.第三电平转换电路，该第三电平转换电路包括电阻r10、电阻r11和三极管q5，所述电阻r10的一端接入所述主cpu4v_global脚，其另一端分别连接所述npn型三极管q5的集电极和所述主cpu4的uart1_cts脚，所述npn型三极管q5的发射极接至所述连接器(图7) 的mcu_uart1_rst连接端，其基极连接所述电阻r11，所述电阻r11的另一端接入3.3v电压；
61.第四电平转换电路，该第二电平转换电路包括电阻r12、电阻r16和三极管q6，所述电阻r12的一端接入所述主cpu4v_global脚，其另一端分别连接所述npn型三极管q6的集电极和所述主cpu4的uart1_rts脚，所述npn型三极管q6的发射极接至所述连接器(图7) 的mcu_uart1_cts连接端，其基极连接所述电阻r16，所述电阻r16的另一端接入3.3v电压。
62.以上所述的连接器为二次开发的连接器，二次开发的连接器的7脚为复位脚，该复位脚连接至图8中的电阻r8，所述电阻r8的另一端连接电阻r9、npn型三极管q1的基极，所述 npn型三极管q1的发射极接地并接至所述电阻r9的另一端，所述npn型三极管q1的集电极接至所述主cpu4的reset_in_n脚(即主cpu4的1脚)。图8的7脚为复位作用。
63.本实施例的一种优选技术方案：所述串口模块还包括指示灯6，所述指示灯6与所述主 cpu4电连接。
64.本实施例的一种优选技术方案：所述指示灯6包括电源指示灯、4g网络指示灯。
65.本实施例的一种优选技术方案：所述5v电源1的输入端接有两个并联的电容储电。本实用新型具有电能存储功能，当模块突然断电时，大电容放电，能持续维持一段时间供电，保证数据不丢失。本实用新型的大电容包括电容c1和电容c2，电容c1和电容c2均采用10uf 的大电容。
66.本实施例的一种优选技术方案：所述两个并联的电容中，每个电容的电容值至少是10uf。
67.本实施例的一种优选技术方案：所述4g天线5的接口采用贴片式的rf同轴连接器。
68.本实施例的一种优选技术方案：所述主cpu4的型号为air724ug-na。
69.本实施例的一种优选技术方案：所述5v转3.8v电源模块2的电路包括直流转直流降压芯片u2、电阻r1、电容c3、电感器l1、电阻r2、电阻r3、电容c4、有极性电容c5、有极性电容c6、电阻r23和电源指示灯pwr；
70.所述直流转直流降压芯片u2的en-4脚和所述直流转直流降压芯片u2的in-5脚之间连接有电阻r1，所述直流转直流降压芯片u2的in-5脚接入所述5v电源1，其sw-6脚和所述直流转直流降压芯片u2的bs-1脚之间连接有电容c3，所述直流降压芯片u2的sw-6脚还连接有电感器l1，所述电感器l1的另一端连接所述电阻r2，所述电阻r2的另一端连接所述电阻r3以及所述直流转直流降压芯片u2的fb-3脚，所述电阻r3的另一端接至所述直流转直流降压芯片u2的gnd-2脚；
71.所述电感器l1和所述直流转直流降压芯片u2的gnd-2脚之间电路中分别连接有电容c4、有极性电容c5、有极性电容c6，所述电感器l1的输出端输出3.8v电压，其输出端还连接有电阻r23，所述电阻r23的另一端接电源指示灯pwr，所述电源指示灯pwr的另一端接至所述直流转直流降压芯片u2的gnd-2脚，所述直流转直流降压芯片u2的gnd-2脚接地。
72.本实施例的一种优选技术方案：所述5v转3.3v电源模块3的电路包括直流转直流降压芯片u3、电容c16、电容c17；
73.所述直流转直流降压芯片u3的in-1脚接入5v电源1，其gnd-2脚接地，所述直流转直流降压芯片u3的in-1脚和所述直流转直流降压芯片u3的gnd-2脚之间连接有电容c16，所述直流转直流降压芯片u3的en-3脚和所述直流转直流降压芯片u3的in-1脚连接，所述直流转直流降压芯片u3的out-5脚输出3.3v电压以及所述直流转直流降压芯片u3的out-5脚连接电容c17，所述电容c17的另一端接地。
74.本实施例的一种优选技术方案：所述连接器通过电路连接至mcu。
75.实施例2：
76.以下是本实用新型4g通讯串口模块的工作原理：
77.5v电源供电1的输出端经5v转3.8v电源模块2与5v转3.3v电源模块3降压后，与主 cpu4的电源输入端相连，主cpu4的4g射频发送端与4g天线5相连。4g串口8与主cpu4和 5v转3.3v电源模块3相连。硬件流控接口9与主cpu4和5v转3.3v电源模块3相连。指示灯6与主cpu4相连。指示灯6包括电源指示灯、4g网络指示灯。
78.在电平转换电路7中，每组电平转换电路，仅用2个电阻和一个三极管组成了电平转换电路，数据传输速度取决于三极管的通断效率。电平转换电路具有使用稳定、速度块，实用性强等优点。
79.如图1-10所示，本实用新型所提到的各芯片型号如下：
80.1.直流转直流降压芯片u2采用的是sd8942型号的芯片；
81.2.直流转直流降压芯片u3采用的是lp5907mfx-3.3/nopb型号的芯片。
82.综上所述，本实用新型的4g通讯串口模块仅用2个电阻和一个npn型三极管组成了电平转换电路，通过npn型三极管的通断效率，提高本实用新型的4g通讯串口模块的通讯效率。本实用新型的4g通讯串口模块受到外来信号干扰时能够保证数据不丢失。本实用新型的4g 通讯串口模块采用dc-dc电源转换模块，保证模块发送射频信号时所需的电流充足。
83.以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。