短信收发模块TC35i的外围电路设计_无线通信论文
关键词：tc35i 单片机 gsm modem sms 计算机 c8051f020
引 言
1 概 述
短服务作为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×36mm×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(选择短消息格式：0-pdu；1-文本) |
| at+cmgl | list sms message from preferred store(列出sim卡中的短消息格式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：短中心地址长度，2位十六进制数(1字节)。
b：短中心号码类型，2位十六进制数。
c：短中心号码，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：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±15kv iec 1000-4-2气隙放电、±8kv iec 1000-4-2接触放电和±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。