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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ETSI
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 . 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
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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
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
,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)
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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
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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)