短信收发模块TC35i的外围电路设计

摘要：简单介绍Siemens公司的最新一代TC35系列的TC35i；着重介绍TC35i的原理、特性及层次结构和AT指令；设计实现TC35i通信的外围电路。 关键词：TC35i 单片机 GSM Modem SMS 计算机 C8051F020 引 言 1 概 述 　　短信息服务作为GSM网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视。本设计以GSM网络作为数据无线传输网络，可以开发出多种前景极其乐观的各类应用。典型的应用有：变电站、电表、水塔、水库或环保监测点等监测数据的无线传输和无线自动警报；远程无线控制高压线路断电器、加热系统、防洪拦阻系统或其它机电系统的启动和关闭；车队交通管理和控制指挥系统；控制和监测香烟、食品和饮料自动售货机的运行状态和存货水平等。这里选用GSM模块TC35i，给出其和PC机的通信电路；同时，也给出与单片机Cyganal C8051F020制成一款无线Modem，与PC机协同收发短信，在PC和应用系统之间以此Modem和GSM网络为纽带，实现远地数据的传输。其工作模式如图1、图2所示。 2 TC35i模块 　　目前，国内已经开始使用的GSM模块有Falcom的A2D系列、Wavecome的WMO2系列、西门子的TC35系列、爱立信的DM10/DM20系列、中兴的ZXGM18系列等，而且这些模块的功能、用法差别不大。其中西门子的TC35系列模块性价比很高，并且已经有国内的无线电设备入网证。所以本设计选用的是西门子TC35系列的TC35i。这是西门子推出的最新的无线模块，功能上与TC35兼容，设计紧凑，大大缩小了用户产品的体积。TC35i与GSM 2/2+兼容、双频(GSM900/GSMl800)、RS232数据口、符合ETSI标准GSM0707和GSM0705，且易于升级为GPRS模块。该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。 2.1 主要技术指标 　　TC35i主要特性与技术指标包括以下几点： ①频段为双频GSM900MHz和GSMl800MHz (phase 2/2+)；②支持数据、语音、短消息和传真；③高集成度(54.5mm%26;#215;36mm%26;#215;3.6mm)； ④质量为9g；⑤电源电压为单一电压3.3"4.8V；⑥可选波特率300bps"115kbps，动波特率 4.8"115kbps；⑦电流消耗——休眠状态为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA(平均)，2.5A峰值；⑧温度范围 ——正常操作-20℃"+55℃，存放-30℃"+85℃；⑨SIM电压为3V/1.8V。 　　TC35i有40个引脚，通过一个ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。第1"14脚为电源部分：1"5为电源电压输入端Vbatt+，6"10为电源地GND，11、12为充电引脚，13为对外输出电压(共外电路使用)，14为ACCU-TEMP接负温度系数的热敏电阻。24"29为SIM卡引脚，分别为CCIN、 CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND。33"40为语音接口，用来接电话手柄。15、30、31和32脚为控制部分：15为点火线IGT(Ignition)， 当TC35i通电后必须给IGT一个大于100ms低电平，模块才启动；30为RTC backup，31为Power down，32为SYNC。16"23为数据输入/输出，分别为DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。 　　TC35的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ITU-T RS232接口标准。它有固定的参数：8位数据位和1位停止位，无校验位，波特率在300bps"115kbps之间可选，硬件握手信号用RTS0/CTS0，软件流量控制用XON/XOFF，CMOS电平，支持标准的AT命令集。 2.2 模块中与SMS有关的GSM AT指令介绍 　　GSM引擎模块提供的命令接口符合GSM07.05和GSM07.07规范。GSM07.07中定义的AT Command接口，提供了一种移动平台与数据终端设备之间的通用接口；GSM07.05对短消息作了详细的规定。在短消息模块收到网络发来的短消息时，能够通过串口发送指示消息，数据终端设备可以向GSM模块发送各种命令。与SMS有关的GSM AT指令如表1所列。GSM AT指令集，是由诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP等厂家共同为GSM系统研制的，其中包含了对SMS(Short Message Service)的控制。 表1 与SMS相关的若干GSM AT指令 AT指令 功 能 AT+CMGC Send an SMS command(发出一条短消息命令) AT+CMGD Delete SMS message(删除SIM卡内存的短消息) AT+CMGF Select SMS message format(选择短消息信息格式：0-PDU；1-文本) AT+CMGL List SMS message from preferred store(列出SIM卡中的短消息信息格式PDU/text:0/"REC UNREAD"为未读，1/“REC READ”为已读，2/“STOU NSENT”为待发，3/“STO SENT”为已发，4/“ALL”为全部的） AT+CMGR Read SMS message(读短消息) AT+CMGS Send SMS message(发送短消息) AT+CMGW Write SMS message to memory(向SIM内存中写入待发的短消息） AT+CMGS Send SMS message from storage(从SIM内存中发送短消息) AT+CNMI New SMS message indication(显示新收到的短消息) AT+CPMS Preferred SMS message storage(选择短消息内存) AT+CSCA SMS service center address(短消息中心地址) AT+CSCB Select cell broadcast message messages（选择蜂窝广播消息） AT+CSMP Set SMS text mode parameters(设置短消息文本模式参数) AT+CSMP Select Message Service(选择短消息服务) 2.3 PDU编码规则 　　目前，发送短消息常用Text和PDU(Protocol Data Unit，协议数据单元)模式。使用Text模式收发短信代码简单，实现起来十分容易，但最大的缺点是不能收发中文短信；而PDU模式不仅支持中文短信，也能发送英文短信。PDU模式收发短信可以使用3种编码：7-bit、8-bit和UCS2编码。7-bit编码用于发送普通的ASCII字符，8-bit编码通常用于发送数据消息，UCS2编码用于发送Unicode字符。一般的PDU编码由A B C D E F G H I J K L M十三项组成。 A：短信息中心地址长度，2位十六进制数(1字节)。 B：短信息中心号码类型，2位十六进制数。 C：短信息中心号码，B+C的长度将由A中的数据决定。 D：文件头字节，2位十六进制数。 E：信息类型，2位十六进制数。 F：被叫号码长度，2位十六进制数。 G：被叫号码类型，2位十六进制数，取值同B。 H：被叫号码，长度由F中的数据决定。 I：协议标识，2位十六进制数。 J：数据编码方案，2位十六进制数。 K：有效期，2位十六进制数。 L：用户数据长度，2位十六进制数。 M：用户数据，其长度由L中的数据决定。J中设定采用UCS2编码，这里是中英文的Unicode字符。 图3 3 Cygnal单片机C8051F020简介 　　C8051F020系列器件与MCS-51指令集完全兼容，可以使用标准803X/805X的汇编器和编译器进行软件开发。CIP-51内核具有标准8052的所有外设部件，包括5个16位的计数器/定时器、2个全双工UART、256字节内部RAM、128字节特殊功能寄存器(SFR)地址空间及8/4个字节宽的I/O口。 　　CIP-51采用流水线结构，与标准的8051结构相比，指令执行速度有很大的提高。70%指令的执行时间为1或2个系统时钟周期，只有4条指令的执行时间大于4个系统时钟周期。CIP-51工作在最大系统时钟频率25MHz时，峰值速度达到25MIPS。 　　该系列的MCU具有标准8051端口(0、1、2和3)和4个附加的端口(4、5、6和7)，因此共64个I/O口。每个I/O引脚都可以被配置为推挽或漏极开路输出。在标准8051中固定的“弱上拉”可以被总体禁止。这为低功耗应用提供了进一步节电的能力。最独特的改进是引入了数字交叉开关。这是一个大的数字开关网络，允许将内部数字资源映射到P0、P1、P2和P3的端口I/O引脚。与具有标准复用数字I/O的微控制器不同，这种结构可以支持所有的功能组合。 　　可以通过设置交叉开关控制寄存器，将片内的计数器/定时器、串行总线、硬件中断、ADC转换启动输入、比较器输出以及微控制器内部的其它数字信号，配置为出现在端口的I/O引脚。这一特性允许用户根据自己的特定应用选择通用I/O和所需数字资源的组合。 图4 4 硬件设计 　　TC35i外围电路如图3所示。 　　电源电路分为充电电池和稳压电源模块两部分：充电电池主要为整个系统提供3.6V工作电压，同时产生MAX3238所需要的高电平；三端电源模块LM7806将外部＋12V直流电源转换为＋6V，连到ZIF连接器的11、12引脚，在充电模式下，为TC35i提供＋6V、500mA的充电电源。 　　启动电路由开漏极三极管和上电复位电路组成。模块上电10ms后(电池电压须大于3V)，为使之正常工作，必须在15脚()加时长至少为100ms的低电平信号，且该信号下降沿时间小于1ms。启动后，15脚的信号应保持高电平。 　　基带处理器集成了一个与ISO 7816-3 IC Card标准兼容的SIM接口。为了适合外部的SIM接口，该接口连接到主接口(ZIF连接器)。在GSM11.11为SIM卡预留5个引脚的基础上，TC35在ZIF连接器上为SIM卡接口预留了6个引脚，所添加的CCIN引脚用来检测SIM卡支架中是否插有SIM卡。当插入SIM卡，该引脚置为高电平时，系统方可进入正常工作。 　　数据通信电路主要完成短消息收发、与PC机通信、软件流控制等功能。数据通信电路以Maxim公司的MAX3238芯片为核心，实现电平转换及串口通信功能；具有低功耗、高数据速率、增强型ESD保护等特性。增强型ESD结构为所有发送器输出和接收器输入提供保护，可承受%26;#177;15kV IEC 1000-4-2气隙放电、%26;#177;8kV IEC 1000-4-2接触放电和%26;#177;15kV人体放电模式。 　　TC35的SYNC引脚有两种工作模式，可用AT命令AT SYNC进行切换。一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示TC35的工作状态。本模块使用的是后一种功能：当LED熄灭时,表明TC35处于关闭或睡眠状态；当LED为600ms亮/600ms熄时，表明SIM卡没有插入或TC35正在进行网络登录；当LED为75ms亮/3s熄时，表明TC35已登录进网络，处于持机状态。 　　TC35i通过C8051F020与PC机通信，其外围电路如图4所示。 5 软件设计 5.1 单片机程序设计简介 　　系统程序流程软件设计的重点在于单片机的编程。通过向TC35写入不同的AT指令，能完成多种功能，如网络登录、读取SIM卡上电话号码、发送SMS消息、接收SMS消息等。其主程序流程如图5所示。 其中，初始化的工作包括设置串口速率、无线网络登陆以及设置短信模式为PDU。PDU编码包括按PDU的编码规则产生PDU串。单片机控制TC35模块发送端消息程序实例见本刊网站www.dpj.com.cn。 5.2 汉字编码转换 　　由于在GSM标准中，中文编码采用的是Unicode编码，而不是目前国内常用的GB-2312编码，故还需要进行中文编码的转换，才能显示汉字字型。Delphi下汉字编码转换程序见本刊网站www.dpj.com.cn。 结 语 　　使用手机模块利于系统集成，成本较低。在偏远地区、海岛等架设通信线路困难或不经济的地方，工程服务设施也可以自由灵活地设置，不再受地形条件的限制。总之，GSM模块价格低廉、应用广泛，有着诱人的应用前景。