短信收发模块TC35i的外围电路设计[1]

38 2004.7 技术纵横 TECHNOLOGY REVIEW 短信收发模块TC35i的外围电路设计※ ■ 中科院成都计算机所 潘斌 郭红霞 摘 要 关键词 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。 TC35i 单片机 GSM Modem SMS 计算机 C8051F020 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 G S M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G S M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ETSIGSM0707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 . 8 V；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℃；⑨ SIM电压为3V/1.8V。 TC35i有40个引脚，通过一个ZIF(Zero Inser- tion 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 GSM网络 数 据 传 入 端 PC 单片机 电源 TC35模块 SIM卡 RS232 TC35模块 SIM卡 单片机 电源 RS232 图1 系统网络框架 TC35i TC35i TC35i TC35i 远程监 控点用户手机 监控机 用户手机 远程监 控点 远程监 控点 图2 GSM 网络 39Microcontrollers & Embedded Systems2004.7 技术纵横TECHNOLOGY REVIEW 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。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。 2.3PDU编码规则 目前，发送短消息常用Text和PDU(Protocol Data Unit，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P D U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。 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2 5 M H z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 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/ “STO UNSENT”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+CMSS 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) 40 2004.7 技术纵横 TECHNOLOGY REVIEW 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。 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( IGT )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S I M 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。 图3 TC35i外围电路 41Microcontrollers & Embedded Systems2004.7 技术纵横TECHNOLOGY REVIEW 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 图4 TC35i通过C8051F020与PC机通信的外围电路 图5 单片机程序流程 进行PDU编码 发送SMS信息 成功？ 重发超过 3次？ 等待一段时间 初始化，开中断 删除SMS信息 发送数据 到串口1 数据解码 读SIM卡 有串行 中断2？ 有串行 中断1？ Y Y N N N N Y Y 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，G S M模块价格低廉、应用广泛，有着诱人 的应用前景。 参考文献 1 李华，等. MCS51系列单片机实用接口技术. 第9版. 北 京：北京航空航天大学出版社，2002 2 C8051F单片机应用解析. 潘琢金等译. 第1版. 北京：北 京航空航天大学出版社，2002 3 崔建华. Delphi串口通信工程开发实例导航. 第1版. 北 京：人民邮电出版社，2003 4 TC35i Cellular Engine Hardware Interface Description.Si- emens Version00.03 5 Siemens Cellular Engine AT Command Set. Siemens Version03.10 潘斌：博士，主要研究方向为自动推理。郭红霞：硕士，主 要研究方向为智能仪器。 （收稿日期：2004-03-21）