短信收發(fā)模塊TC35I的外圍電路設(shè)計(jì)

1、摘要：簡單介紹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) gsm modem sms 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),已得到越來越多的系統(tǒng)運(yùn)營商和系統(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)無線傳輸網(wǎng)絡(luò),可以開發(fā)出多種前景極其樂觀的各類應(yīng)用。典型的應(yīng)用有：變電站、電表、水塔、水庫或環(huán)保監(jiān)測點(diǎn)等監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線傳輸和無線自動警報;遠(yuǎn)程無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

2、動和關(guān)閉;車隊(duì)交通管理和控制指揮系統(tǒng);控制和監(jiān)測香煙、食品和飲料自動售貨機(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,也給出與單片機(jī)cyganal c8051f020制成一款無線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。 2 tc35i模塊目前,國內(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tc

3、35系列模塊性價比很高,并且已經(jīng)有國內(nèi)的無線電設(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gsm 2/2+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)：頻段為雙頻gsm900mhz和gsm

4、l800mhz (phase 2/2+);支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、短消息和傳真;高集成度(54.5mm36mm3.6mm); 質(zhì)量為9g;電源電壓為單一電壓3.34.8v;可選波特率300bps115kbps,動波特率 4.8115kbps;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;溫度范圍 正常操作-20+55,存放-30+85;sim電壓為3v/1.8v。tc35i有40個引腳,通過一個zif(zero insertion force,零阻力插座)連接器引出。這40個引腳可以劃分為5類,即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、sim卡、音頻接口和控制。第114腳

5、為電源部分：15為電源電壓輸入端vbatt+,610為電源地gnd,11、12為充電引腳,13為對外輸出電壓(共外電路使用),14為accu-temp接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。2429為sim卡引腳,分別為ccin、 ccrst、ccio、ccclk、ccvcc和ccgnd。3340為語音接口,用來接電話手柄。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一個大于100ms低電平,模塊才啟動;30為rtc backup,31為power down,32為sync。1623為數(shù)據(jù)輸入/輸出,分別為dsr0、ring0、rxd0、txd0

6、、cts0、rts0、dtr0和dcd0。tc35的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實(shí)際上是一個串行異步收發(fā)器,符合itu-t rs232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,無校驗(yàn)位,波特率在300bps115kbps之間可選,硬件握手信號用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gsm at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at command接口,提供了一種移動平臺與數(shù)據(jù)終端設(shè)備之間的通用接口;gsm07.05對短消息作了詳細(xì)的規(guī)定。在短消息模塊

7、收到網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的短消息時,能夠通過串口發(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gsm at指令如表1所列。gsm at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sms(short message service)的控制。 2.3 pdu編碼規(guī)則目前,發(fā)送短消息常用text和pdu(protocol data unit,協(xié)議數(shù)據(jù)單元)模式。使用text模式收發(fā)短信代碼簡單,實(shí)現(xiàn)起來十分容易,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

8、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a b c d e f g h i j k l m十三項(xiàng)組成。a：短信息中心地址長度,2位十六進(jìn)制數(shù)(1字節(jié))。b：短信息中心號碼類型,2位十六進(jìn)制數(shù)。c：短信息中心號碼,b+c的長度將由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：被叫號碼長度,2位十六進(jìn)制數(shù)。g：被叫號碼類型,2位十六進(jìn)制數(shù),取值同b。h：被叫號碼,長度由f中的數(shù)據(jù)決定。i：協(xié)議標(biāo)識,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)。

9、k：有效期,2位十六進(jìn)制數(shù)。l：用戶數(shù)據(jù)長度,2位十六進(jìn)制數(shù)。m：用戶數(shù)據(jù),其長度由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。3 cygnal單片機(jī)c8051f020簡介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16位的計(jì)數(shù)器/定時器、2個全雙工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

10、令的執(zhí)行時間為1或2個系統(tǒng)時鐘周期,只有4條指令的執(zhí)行時間大于4個系統(tǒng)時鐘周期。cip-51工作在最大系統(tǒng)時鐘頻率25mhz時,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個附加的端口(4、5、6和7),因此共64個i/o口。每個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?？梢酝?/p>

11、過設(shè)置交叉開關(guān)控制寄存器,將片內(nèi)的計(jì)數(shù)器/定時器、串行總線、硬件中斷、adc轉(zhuǎn)換啟動輸入、比較器輸出以及微控制器內(nèi)部的其它數(shù)字信號,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。4 硬件設(shè)計(jì)tc35i外圍電路如圖3 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系統(tǒng)提供3.6v工作電壓,同時產(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。啟動電路由開漏極三極管和上電復(fù)位電路組成。模塊上電10ms

12、后(電池電壓須大于3v),為使之正常工作,必須在15腳()加時長至少為100ms的低電平信號,且該信號下降沿時間小于1ms。啟動后,15腳的信號應(yīng)保持高電平?；鶐幚砥骷闪艘粋€與iso 7816-3 ic card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個引腳,所添加的ccin引腳用來檢測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,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

13、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15kv iec 1000-4-2氣隙放電、8kv iec 1000-4-2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at sync進(jìn)行切換。一種是指示發(fā)射狀態(tài)時的功率增長情況,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,表明tc35處于關(guān)閉或睡眠狀態(tài);當(dāng)led為600ms亮/600ms熄時,表明sim卡沒有插入或tc35正在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)登錄;當(dāng)led

14、為75ms亮/3s熄時,表明tc35已登錄進(jìn)網(wǎng)絡(luò),處于持機(jī)狀態(tài)。tc35i通過c8051f020與pc機(jī)通信,其外圍電路圖45 軟件設(shè)計(jì)5.1 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)簡介系統(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

15、用的是unicode編碼,而不是目前國內(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模塊價格低廉、應(yīng)用廣泛,有著誘人的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)1 李華,等. mcs51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù). 第9版. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社,20022 c8051f單片機(jī)應(yīng)用解析. 潘琢金等譯. 第1版. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社,20023 崔建華

16、. delphi串口通信工程開發(fā)實(shí)例導(dǎo)航. 第1版. 北京：人民郵電出版社,20034 tc35i cellular engine hardware interface description.siemens version00.035 siemens cellular engine at command set. siemens version03.10潘斌：博士,主要研究方向?yàn)樽詣油评怼９t霞：碩士,主要研究方向?yàn)橹悄軆x器。delphi下漢字編碼轉(zhuǎn)換程序:3.（2917a）短信收發(fā)模塊tc35i的外圍電路設(shè)計(jì)p38單片機(jī)控制tc35模塊發(fā)送端消息的程序?qū)嵗缦拢? /串口初始化# incl

17、ude /c8051f020單片機(jī)寄存器定義# include /基本字符操作函數(shù)# include /標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出函數(shù)void initcom()scon0 = 0x50; /串口0方式1，8位uart，允許接收scon1 = 0x50; /串口1方式1，8位uart，允許接收tmod = 0x20; /定時器1，方式2，8位重載pcon |= 0x90; /smod0=1,smod1=1th1 = 256-(sysclk / bandrate / 16); /根據(jù)波特率設(shè)定定時器1重載,兩個串口都由t1控制sysclk= 11095200，bandrate=19200 ckcon |= 0

18、x10; /定時器1使用sysclk為時基tr1=1; /啟動定時器1ti0=1; /tx0準(zhǔn)備好scon1 |= 11; /tx1準(zhǔn)備好/控制手機(jī)模塊發(fā)送短消息（程序片斷）docmd = printf (tmp,at+cmgs=%d,length);/形成命令數(shù)組for (i=0;icmd; i+) /發(fā)送命令字符串sbuf0=tmpi;while (!ti0); /判斷字符是否發(fā)完ti0=0; / 清ti0 /end for /end doi=0;/接收返回信息while (!(scon1 & (1 0); /等待觸發(fā)ri1，即scon1.0ansi = sbuf1;scon1 &= (1 0); /清ri1標(biāo)志i+;/判斷tc35狀態(tài)是否正確 （程序略）i=0;for (i=0; ismslength; i+) /發(fā)送 pdu數(shù)據(jù)sbuf0 = smsdatai;while (!ti0); /判斷字符是否發(fā)完ti0=0; /接收返回信息，并判斷是否發(fā)送正確（程序略）.delphi下漢字編碼轉(zhuǎn)換程序如下：. /漢字解碼function decode (var inputstr:string):string; var i: integer; buf : array1.400 of w