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GSM(global system for mobile communications)全球移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )是目前覆蓋范圍最廣的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )，SMS短消息服務(wù)是GSM終端之間通過(guò)服務(wù)中心進(jìn)行文本信息收發(fā)的應用服務(wù)，SMS服務(wù)作為GSM網(wǎng)絡(luò )的一種基本業(yè)務(wù)，已經(jīng)得到越來(lái)越多系統運營(yíng)商和系統開(kāi)發(fā)商的重視。SMS以其實(shí)現簡(jiǎn)單，抗干擾能力強，強通信成本低等特點(diǎn)，在遠程無(wú)線(xiàn)監控系統、數據采集系統、遠程無(wú)線(xiàn)傳輸、車(chē)輛監控定位系統等領(lǐng)域中得到了廣泛的應用。本文選用Siemens公司的GSM模塊TC35i，給出其應用方案、外圍電路設計及軟硬件實(shí)現。 1 TC35i模塊簡(jiǎn)介 TC35i是Siemens公司推出的新一代無(wú)線(xiàn)通信GSM模塊，可以快速安全可靠地實(shí)現系統方案中的數據、語(yǔ)音傳輸、短消息服務(wù)(SMS)和傳真。模塊的工作電壓為3．3～4．8 V，可以工作在900 MHz和1 800 MHz兩個(gè)頻段。具有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、傳真。此外，該模塊還具有電話(huà)簿功能、多方通話(huà)、漫游檢測功能。 該模塊功能上與TC35兼容，且設計緊湊，體積大大縮小。通過(guò)40PIN的ZIF連接器，實(shí)現電源連接、指令、數據、語(yǔ)音信號、及控制信號的雙向傳輸。模塊集射頻電路與基帶于一體，其主要組成結構分為6個(gè)部分：GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器及天線(xiàn)接口。作為T(mén)C35i的核心，基帶處理器主要處理GSM終端內的語(yǔ)音、數據信號，并涵蓋了蜂窩射頻設備中所有的模擬和數字功能。 2 硬件設計 2．1 數據通信電路 數據通信電路主要完成短消息收發(fā)，以及與PC機通信、軟件流控制等功能。TC35i的數據接口采用串行異步收發(fā)，符合ITU-T RS 232接口電路標準，工作在CMOS電平(2．65 V)。數據接口配置為8位數據位、1位停止位、無(wú)校驗位，波特率在300 b／s～115 Kb／s之間可選，默認9 600 b／s。TC35i模塊還支持RTS0／CTS0的硬件握手和XON／XOFF的軟件流控制。 在數據通信電路中選用Sipex公司的SP3232芯片，實(shí)現電平轉換及串口通信功能。SP3232芯片供電電壓為3～5．5 V，符合TIA／EIA-232-F和ITU v．28標準。該芯片的特性可以滿(mǎn)足TC35i作為移動(dòng)終端的電路連接要求。在SP3232與ZIF連接器相應引腳連接時(shí)，要注意發(fā)送、接收引腳的連接正確。SP3232還需要連接4個(gè)O．1μF的電容配合，才能完成電平轉換功能。TC35i模塊的第16～23引腳為數據I／O口，分別為T(mén)XD-0，RXD0，RTS0，CTS0，DTR0，DSR0，DCD0和RING0。通過(guò)RS 232接口各引腳的輸出信號有RXD0，CTS0，DSR0，DCD0，RING0，輸入信號為T(mén)XD-O，RTS0，DTR0。 由于TC35i的接口電路使用9針串口的全部引腳，使TC35i可以獲得DTR0，DSR0，DCD0和RING0控制信號。信號RING0用來(lái)向蜂窩設備指示接收到的Unsolicited Result Code(URC)。通過(guò)AT指令，可以設置TC35i的不同運行模式。 TC35i能否正常通信，可通過(guò)SYNC引腳接LED指示燈觀(guān)察，當指示熄滅時(shí)，表明TC35i處于關(guān)閉或睡眠狀態(tài)；當LED為600 ms亮／600 ms熄時(shí)，表明SIM卡沒(méi)有插入或TC35i正在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )登錄；當LED為75 ms亮／3 s熄時(shí)，表明TC35i已登錄進(jìn)網(wǎng)絡(luò )，處于待機狀態(tài)。 2．2 SIM卡電路 SIM(subscribet identity module)，即用戶(hù)識別卡，TC35i的基帶處理器集成了一個(gè)與ISO 7816-3 IC Card標準兼容的SIM接口。為了適合外部的SIM接口，該接口通過(guò)ZIF連接器連接到TC35i的第24～29引腳。在GSMll．11為SIM卡預留5個(gè)引腳的基礎上，TC35i在ZIF連接器上為SIM卡接口預留了6個(gè)引腳，所添加的CCIN引腳用來(lái)檢測SIM卡支架中是否插有SIM卡。當插入SIM卡，該引腳置為高電平，系統方可進(jìn)入正常工作狀態(tài)。 SIM卡工作電壓為3．O V，從TC35i的第28腳引出，其接地端(第4腳CCGND)需與TC35i的第29腳連接，如圖1所示。如果接地端直接與印刷電路板的GND相連，不作任何信號的隔離保護，則會(huì )導致進(jìn)行語(yǔ)音通信時(shí)音量很小，十分不清晰，還可能導致模塊不能正常登陸網(wǎng)絡(luò )�？紤]到設計中的電磁兼容和靜電保護等因素，為了達到最佳的通話(huà)效果，采用在SIM支架下，在印刷電路板的頂層敷設一層銅隔離網(wǎng)，該層敷銅與S-IM卡的CCGND引腳相連，CCGND與電路板的GND之間通過(guò)兩個(gè)并聯(lián)的電容和電感耦合。此舉為SIM卡構成了一個(gè)隔離地，屏蔽了其他信號線(xiàn)對SIM卡的干擾。再進(jìn)行語(yǔ)音通信時(shí)，話(huà)音清晰。 2．3 電源及啟動(dòng)電路 TC35i電源供電范圍為DC3．3～4．8 V，推薦使用DC4．2 V。有3種電源管理模式，休眠狀態(tài)電流消耗為3．5 mA，空閑狀態(tài)為25 mA，發(fā)射狀態(tài)平均為300 mA，瞬時(shí)值可能達到2 A，如圖2所示。在發(fā)射狀態(tài)，電源電壓瞬時(shí)壓降不能超過(guò)400 mV，必須考慮線(xiàn)路上的電壓損耗，線(xiàn)路電阻最大不可超過(guò)200 mΩ，因此在布線(xiàn)時(shí)必須注意這些問(wèn)題。在TC35i的接口上，第1～5的引腳為電源引腳，第6～10的引腳為地線(xiàn)。另外，還有一個(gè)VDDLP引腳(引腳編號為30)用于模塊掉電時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的供電。 在實(shí)際應用中一般有2種供電方案，一種是采用外接電源供電，需將電源電壓轉換為模塊所需電壓(推薦4．2 V)�？蛇x用LM2941CS，它是開(kāi)關(guān)型可調高性能微波電路專(zhuān)用穩壓芯片，通過(guò)外圍兩個(gè)電阻的分壓比能靈活改變輸出電壓，通過(guò)控制引腳可開(kāi)啟／關(guān)閉電源模塊，如圖3所示；另一種是采用普通手機電池供電，電池電壓一般在3．6～4．O V，可選用LM2577電源芯片。LM2577可將電池電壓(3．6～4．0 V)穩定在4．2 V左右，同時(shí)能輸出最大電流3 A，以保證峰值時(shí)的電流消耗，如圖4所示。 模塊上電10 ms后(電池電壓必須大于3．3 V)，為使之正常工作，必須在啟動(dòng)引腳(IGT)時(shí)加長(cháng)至少為100 ms的低電平信號，且該信號下降沿時(shí)間小于1 ms。啟動(dòng)后，第15引腳的信號應保持高阻抗。啟動(dòng)電路由開(kāi)漏極晶體管和上電復位電路組成，若該模塊與MCU組合，則可以直接與MCU的引腳連接，通過(guò)控制引腳輸出的電平來(lái)簡(jiǎn)化電路。 3 軟件設計 3．1 AT指令 TC35IGSM模塊提供的命令接口符合GSM07．05和GSM07．07規范。GSM07．07中定義的AT Command接口，提供了一種移動(dòng)平臺與數據終端設備之間的通用接口。在短消息模塊收到網(wǎng)絡(luò )發(fā)來(lái)的短消息時(shí)，能夠通過(guò)串口向數據終端設備發(fā)送指示消息，數據終端設備可以使用GSM．AT指令通過(guò)串口向GSM模塊發(fā)送各種命令。通過(guò)AT指令(見(jiàn)表1)，可以控制SMS消息的接收與發(fā)送。 3．2 SMS消息的發(fā)送與接收 SMS消息的發(fā)送一般采用PDU(protocol dataunit)模式，如圖5所示。 在消息發(fā)送前，要將消息中韻ASCII字符及漢字統一編碼成UCS2碼，以PDU數據包的形式發(fā)送。接收到的數據是以7 b的編碼形式存儲在TC35i模塊或SIM卡內，在數據讀取時(shí)直接從TC35i模塊中得到符合GSM規范的數據，需經(jīng)過(guò)提取得到7 b編碼的有用數據。然而，這些7 b編碼數據是以ASCII字符的形式存在的，要轉換成8位的十六進(jìn)制形式的7 b編碼，再解碼成可用的ASCII碼數據，這樣得到GSM網(wǎng)絡(luò )發(fā)送來(lái)的原始數據，如圖6所示。 3．3 PDU格式發(fā)送短信息 TC35i支持Text和PDU(protocol data unit)2種消息模式，TEXT模式是基于A(yíng)SCII碼形式字符的一種結構模式，代碼較為簡(jiǎn)單，但不支持中文字符。PDU模式也是基于十六進(jìn)制形式字符的，數據和代碼都經(jīng)過(guò)編碼，所以無(wú)法直接讀懂；但PDU模式同時(shí)支持中英文兩種短信，PDU模式收發(fā)短信包括3種編碼：7位、8位和UCS2編碼。7位編碼用于發(fā)送普通的ASCII字符；8位編碼用于發(fā)送數據信息；UCS2編碼用于發(fā)送Unieode字符。一般的PDU編碼由A，B，C，D，E，F，G，H，I，J，K，L，M共13項組成。例如，發(fā)送“監控系統已開(kāi)啟!”到用戶(hù)手機15826652893，對應用的數據編碼為： M：76D1 63A7 7CFB 7EDF 5DF2 5F00 542F FF01為用戶(hù)數據，Unicode字符(監控系統已開(kāi)啟)。 4 應用實(shí)例 在TC35i應用過(guò)程中通常要結合微處理器或通過(guò)電平轉換直接與PC串口通信。因此給出一個(gè)由TC35i與AVR微處理器構成的GSM Modem實(shí)例。該GSM Modem已經(jīng)使用于GPS汽車(chē)防盜系統中。 5 結語(yǔ) 本設計已通過(guò)調試，并在實(shí)際應用中驗證了它的可行性。相信隨著(zhù)通信事業(yè)的發(fā)展，移動(dòng)通信應用領(lǐng)域不斷擴大，基于TC35i的移動(dòng)終端將有廣闊的應用前景。 |
