原创 短信收发模块TC35i的外围电路

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×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。
　　
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。

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。

4 硬件设计

　　TC35i外围电路如图3

　　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,其外围电路图4
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。