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短信收發(fā)模塊TC35i的外圍電路設(shè)計(jì)
摘要：簡(jiǎn)單介紹Siemens公司的最新一代TC35系列的TC35i;著重介紹TC35i的原理、特性及層次結(jié)構(gòu)和AT指令；設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)TC35i通信的外圍電路。關(guān)鍵詞：TC35i單片機(jī)GSMModemSMS計(jì)算機(jī)C8051F020
引言
1概述
短信息服務(wù)作為GSM網(wǎng)絡(luò)的一種基本業(yè)務(wù)，已得到越來(lái)越多的系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和系統(tǒng)開發(fā)商的重視。本設(shè)計(jì)以GSM網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以開發(fā)出多種前景極其樂(lè)觀的各類應(yīng)用。典型的應(yīng)用有：變電站、電表、水塔、水庫(kù)或環(huán)保監(jiān)測(cè)點(diǎn)等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸和無(wú)線自動(dòng)警報(bào)；遠(yuǎn)程無(wú)線控制高壓線路斷電器、加熱系統(tǒng)、防洪攔阻系統(tǒng)或其它機(jī)電系統(tǒng)的啟動(dòng)和關(guān)閉；車隊(duì)交通管理和控制指揮系統(tǒng)；控制和監(jiān)測(cè)香煙、食品和飲料自動(dòng)售貨機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和存貨水平等。這里選用GSM模塊TC35i,給出其和PC機(jī)的通信電路；同時(shí)，也給出與單片機(jī)CyganalC8051F020制成一款無(wú)線Modem,與PC機(jī)協(xié)同收發(fā)短信，在PC和應(yīng)用系統(tǒng)之間以此Modem和GSM網(wǎng)絡(luò)為紐帶，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)地?cái)?shù)據(jù)的傳輸。其工作模式如圖1、圖2所示。
2TC35i模塊
目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開始使用的GSM模塊有Falcom的A2D系列、Wavecome的WMO2系列、西門子的TC35系列、愛立信的DM10/DM20系列、中興的ZXGM18系列等，而且這些模塊的功能、用法差別不大。其中西門子的TC35系列模塊性價(jià)比很高，并且已經(jīng)有國(guó)內(nèi)的無(wú)線電設(shè)備入網(wǎng)證。所以本設(shè)計(jì)選用的是西門子TC35系列的TC35i.這是西門子推出的最新的無(wú)線模塊，功能上與TC35兼容，設(shè)計(jì)緊湊，大大縮小了用戶產(chǎn)品的體積。TC35i與GSM2/2+兼容、雙頻（GSM900/GSMl800）、RS232數(shù)據(jù)口、符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)GSM0707和GSM0705,且易于升級(jí)為GPRS模塊。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計(jì)。
2.1主要技術(shù)指標(biāo)
TC35i主要特性與技術(shù)指標(biāo)包括以下幾點(diǎn)：
�、兕l段為雙頻GSM900MHz和GSMl800MHz（phase2/2+）；②支持?jǐn)?shù)據(jù)、語(yǔ)音、短消息和傳真；③高集成度（54.5mm×36mm×3.6mm）；④質(zhì)量為9g;⑤電源電壓為單一電壓3.3——4.8V;⑥可選波特率300bps——115kbps,動(dòng)波特率4.8——115kbps;⑦電流消耗——休眠狀態(tài)為3.5mA,空閑狀態(tài)為25mA,發(fā)射狀態(tài)為300mA（平均），2.5A峰值；⑧溫度范圍——正常操作-20℃——+55℃，存放-30℃——+85℃；⑨SIM電壓為3V/1.8V.
TC35i有40個(gè)引腳，通過(guò)一個(gè)ZIF（ZeroInsertionForce,零阻力插座）連接器引出。這40個(gè)引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。第1——14腳為電源部分：1——5為電源電壓輸入端Vbatt+,6——10為電源地GND,11、12為充電引腳，13為對(duì)外輸出電壓（共外電路使用），14為ACCU-TEMP接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。24——29為SIM卡引腳，分別為CCIN、CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND.33——40為語(yǔ)音接口，用來(lái)接電話手柄。15、30、31和32腳為控制部分：15為點(diǎn)火線IGT（Ignition），當(dāng)TC35i通電后必須給IGT一個(gè)大于100ms低電平，模塊才啟動(dòng)；30為RTCbackup,31為Powerdown,32為SYNC.16——23為數(shù)據(jù)輸入/輸出，分別為DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0.
TC35的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實(shí)際上是一個(gè)串行異步收發(fā)器，符合ITU-TRS232接口標(biāo)準(zhǔn)。它有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無(wú)校驗(yàn)位，波特率在300bps——115kbps之間可選，硬件握手信號(hào)用RTS0/CTS0,軟件流量控制用XON/XOFF,CMOS電平，支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集。
2.2模塊中與SMS有關(guān)的GSMAT指令介紹
GSM引擎模塊提供的命令接口符合GSM07.05和GSM07.07規(guī)范。GSM07.07中定義的ATCommand接口，提供了一種移動(dòng)平臺(tái)與數(shù)據(jù)終端設(shè)備之間的通用接口；GSM07.05對(duì)短消息作了詳細(xì)的規(guī)定。在短消息模塊收到網(wǎng)絡(luò)發(fā)來(lái)的短消息時(shí)，能夠通過(guò)串口發(fā)送指示消息，數(shù)據(jù)終端設(shè)備可以向GSM模塊發(fā)送各種命令。與SMS有關(guān)的GSMAT指令如表1所列。GSMAT指令集，是由諾基亞、愛立信、摩托羅拉和HP等廠家共同為GSM系統(tǒng)研制的，其中包含了對(duì)SMS（ShortMessageService）的控制。
表1與SMS相關(guān)的若干GSMAT指令
AT指令功能AT+CMGCSendanSMScommand（發(fā)出一條短消息命令）AT+CMGDDeleteSMSmessage（刪除SIM卡內(nèi)存的短消息）AT+CMGFSelectSMSmessageformat（選擇短消息信息格式：0-PDU;1-文本）AT+CMGLListSMSmessagefrompreferredstore（列出SIM卡中的短消息信息格式PDU/text:0/“RECUNREAD”為未讀，1/“RECREAD”為已讀，2/“STOUNSENT”為待發(fā)，3/“STOSENT”為已發(fā)，4/“ALL”為全部的）AT+CMGRReadSMSmessage（讀短消息）AT+CMGSSendSMSmessage（發(fā)送短消息）AT+CMGWWriteSMSmessagetomemory（向SIM內(nèi)存中寫入待發(fā)的短消息）AT+CMGSSendSMSmessagefromstorage（從SIM內(nèi)存中發(fā)送短消息）AT+CNMINewSMSmessageindication（顯示新收到的短消息）AT+CPMSPreferredSMSmessagestorage（選擇短消息內(nèi)存）AT+CSCASMSservicecenteraddress（短消息中心地址）AT+CSCBSelectcellbroadcastmessagemessages（選擇蜂窩廣播消息）AT+CSMPSetSMStextmodeparameters（設(shè)置短消息文本模式參數(shù)）AT+CSMPSelectMessageService（選擇短消息服務(wù)）
2.3PDU編碼規(guī)則
目前，發(fā)送短消息常用Text和PDU（ProtocolDataUnit,協(xié)議數(shù)據(jù)單元）模式。使用Text模式收發(fā)短信代碼簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)十分容易，但最大的缺點(diǎn)是不能收發(fā)中文短信；而PDU模式不僅支持中文短信，也能發(fā)送英文短信。PDU模式收發(fā)短信可以使用3種編碼：7-bit、8-bit和UCS2編碼。7-bit編碼用于發(fā)送普通的ASCII字符，8-bit編碼通常用于發(fā)送數(shù)據(jù)消息，UCS2編碼用于發(fā)送Unicode字符。一般的PDU編碼由ABCDEFGHIJKLM十三項(xiàng)組成。
A:短信息中心地址長(zhǎng)度，2位十六進(jìn)制數(shù)（1字節(jié)）。
B:短信息中心號(hào)碼類型，2位十六進(jìn)制數(shù)。
C:短信息中心號(hào)碼，B+C的長(zhǎng)度將由A中的數(shù)據(jù)決定。
D:文件頭字節(jié)，2位十六進(jìn)制數(shù)。
E:信息類型，2位十六進(jìn)制數(shù)。
F:被叫號(hào)碼長(zhǎng)度，2位十六進(jìn)制數(shù)。
G:被叫號(hào)碼類型，2位十六進(jìn)制數(shù)，取值同B.
H:被叫號(hào)碼，長(zhǎng)度由F中的數(shù)據(jù)決定。
I:協(xié)議標(biāo)識(shí)，2位十六進(jìn)制數(shù)。
J:數(shù)據(jù)編碼方案，2位十六進(jìn)制數(shù)。
K:有效期，2位十六進(jìn)制數(shù)。
L:用戶數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，2位十六進(jìn)制數(shù)。
M:用戶數(shù)據(jù)，其長(zhǎng)度由L中的數(shù)據(jù)決定。J中設(shè)定采用UCS2編碼，這里是中英文的Unicode字符。
圖3
3Cygnal單片機(jī)C8051F020簡(jiǎn)介
C8051F020系列器件與MCS-51指令集完全兼容，可以使用標(biāo)準(zhǔn)803X/805X的匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開發(fā)。CIP-51內(nèi)核具有標(biāo)準(zhǔn)8052的所有外設(shè)部件，包括5個(gè)16位的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、2個(gè)全雙工UART、256字節(jié)內(nèi)部RAM、128字節(jié)特殊功能寄存器（SFR）地址空間及8/4個(gè)字節(jié)寬的I/O口。
CIP-51采用流水線結(jié)構(gòu)，與標(biāo)準(zhǔn)的8051結(jié)構(gòu)相比，指令執(zhí)行速度有很大的提高。70%指令的執(zhí)行時(shí)間為1或2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，只有4條指令的執(zhí)行時(shí)間大于4個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。CIP-51工作在最大系統(tǒng)時(shí)鐘頻率25MHz時(shí)，峰值速度達(dá)到25MIPS.
該系列的MCU具有標(biāo)準(zhǔn)8051端口（0、1、2和3）和4個(gè)附加的端口（4、5、6和7），因此共64個(gè)I/O口。每個(gè)I/O引腳都可以被配置為推挽或漏極開路輸出。在標(biāo)準(zhǔn)8051中固定的“弱上拉”可以被總體禁止。這為低功耗應(yīng)用提供了進(jìn)一步節(jié)電的能力。最獨(dú)特的改進(jìn)是引入了數(shù)字交叉開關(guān)。這是一個(gè)大的數(shù)字開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，允許將內(nèi)部數(shù)字資源映射到P0、P1、P2和P3的端口I/O引腳。與具有標(biāo)準(zhǔn)復(fù)用數(shù)字I/O的微控制器不同，這種結(jié)構(gòu)可以支持所有的功能組合。
可以通過(guò)設(shè)置交叉開關(guān)控制寄存器，將片內(nèi)的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、串行總線、硬件中斷、ADC轉(zhuǎn)換啟動(dòng)輸入、比較器輸出以及微控制器內(nèi)部的其它數(shù)字信號(hào)，配置為出現(xiàn)在端口的I/O引腳。這一特性允許用戶根據(jù)自己的特定應(yīng)用選擇通用I/O和所需數(shù)字資源的組合。
圖4
4硬件設(shè)計(jì)
TC35i外圍電路如圖3所示。
電源電路分為充電電池和穩(wěn)壓電源模塊兩部分：充電電池主要為整個(gè)系統(tǒng)提供3.6V工作電壓，同時(shí)產(chǎn)生MAX3238所需要的高電平；三端電源模塊LM7806將外部+12V直流電源轉(zhuǎn)換為+6V,連到ZIF連接器的11、12引腳，在充電模式下，為TC35i提供+6V、500mA的充電電源。
啟動(dòng)電路由開漏極三極管和上電復(fù)位電路組成。模塊上電10ms后（電池電壓須大于3V），為使之正常工作，必須在15腳（）加時(shí)長(zhǎng)至少為100ms的低電平信號(hào)，且該信號(hào)下降沿時(shí)間小于1ms.啟動(dòng)后，15腳的信號(hào)應(yīng)保持高電平。
基帶處理器集成了一個(gè)與ISO7816-3ICCard標(biāo)準(zhǔn)兼容的SIM接口。為了適合外部的SIM接口，該接口連接到主接口（ZIF連接器）。在GSM11.11為SIM卡預(yù)留5個(gè)引腳的基礎(chǔ)上，TC35在ZIF連接器上為SIM卡接口預(yù)留了6個(gè)引腳，所添加的CCIN引腳用來(lái)檢測(cè)SIM卡支架中是否插有SIM卡。當(dāng)插入SIM卡，該引腳置為高電平時(shí)，系統(tǒng)方可進(jìn)入正常工作。
數(shù)據(jù)通信電路主要完成短消息收發(fā)、與PC機(jī)通信、軟件流控制等功能。數(shù)據(jù)通信電路以Maxim公司的MAX3238芯片為核心，實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換及串口通信功能；具有低功耗、高數(shù)據(jù)速率、增強(qiáng)型ESD保護(hù)等特性。增強(qiáng)型ESD結(jié)構(gòu)為所有發(fā)送器輸出和接收器輸入提供保護(hù)，可承受±15kVIEC1000-4-2氣隙放電、±8kVIEC1000-4-2接觸放電和±15kV人體放電模式。
TC35的SYNC引腳有兩種工作模式，可用AT命令A(yù)TSYNC進(jìn)行切換。一種是指示發(fā)射狀態(tài)時(shí)的功率增長(zhǎng)情況，另一種是指示TC35的工作狀態(tài)。本模塊使用的是后一種功能：當(dāng)LED熄滅時(shí)，表明TC35處于關(guān)閉或睡眠狀態(tài)；當(dāng)LED為600ms亮/600ms熄時(shí)，表明SIM卡沒(méi)有插入或TC35正在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)登錄；當(dāng)LED為75ms亮/3s熄時(shí)，表明TC35已登錄進(jìn)網(wǎng)絡(luò)，處于持機(jī)狀態(tài)。
TC35i通過(guò)C8051F020與PC機(jī)通信，其外圍電路如圖4所示。
5軟件設(shè)計(jì)
5.1單片機(jī)程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介
系統(tǒng)程序流程軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于單片機(jī)的編程。通過(guò)向TC35寫入不同的AT指令，能完成多種功能，如網(wǎng)絡(luò)登錄、讀取SIM卡上電話號(hào)碼、發(fā)送SMS消息、接收SMS消息等。其主程序流程如圖5所示。
其中，初始化的工作包括設(shè)置串口速率、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)登陸以及設(shè)置短信模式為PDU.PDU編碼包括按PDU的編碼規(guī)則產(chǎn)生PDU串。單片機(jī)控制TC35模塊發(fā)送端消息程序?qū)嵗姳究W(wǎng)站。
5.2漢字編碼轉(zhuǎn)換
由于在GSM標(biāo)準(zhǔn)中，中文編碼采用的是Unicode編碼，而不是目前國(guó)內(nèi)常用的GB-2312編碼，故還需要進(jìn)行中文編碼的轉(zhuǎn)換，才能顯示漢字字型。Delphi下漢字編碼轉(zhuǎn)換程序見本刊網(wǎng)站。
結(jié)語(yǔ)
使用手機(jī)模塊利于系統(tǒng)集成，成本較低。在偏遠(yuǎn)地區(qū)、海島等架設(shè)通信線路困難或不經(jīng)濟(jì)的地方，工程服務(wù)設(shè)施也可以自由靈活地設(shè)置，不再受地形條件的限制�？傊�，GSM模塊價(jià)格低廉、應(yīng)用廣泛，有著誘人的應(yīng)用前景。
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