摘 要：針對(duì)當(dāng)前流行的USB技術(shù)和成熟的GSM網(wǎng)絡(luò)，試驗(yàn)并實(shí)現(xiàn)改進(jìn)傳統(tǒng)遙測(cè)遙控的方法，利用USB解決傳統(tǒng)RS232串口速度受限，連接不方便的缺點(diǎn)，利用GSM的短消息業(yè)務(wù)可大力提升遙測(cè)遙控系統(tǒng)的覆蓋范圍，降低傳統(tǒng)遙測(cè)遙控的布網(wǎng)費(fèi)用等，大大改善傳統(tǒng)遙測(cè)遙控的性能。該方法有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：USB；GSM；遙測(cè)遙控；TC35i

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-373X(2008)10-052-02

GSM Module Design Based on USB Control

JIA Zhicheng，LI Mingli，WANG Peng，LI Qi

(Information Engineering College，Hebei University of Technology，Tianjin，300401，China)

Abstract：According to the current popular USB technology and mature GSM network，an improved telemetry control method is tested and realized，by using USB to solve RS 232′s speed limit and inconvenient connect shortcomings.Using GSM Short Message Service to expand the telemetry remote control system′s coverage and to lower the EC remote telemetry network costs，and so on.Having significant improvements in the performance of traditional remote telemetry，the method will have broad applied prospects.

Keywords：USB;GSM;remote measure and control;TC35i

作為應(yīng)用技術(shù)的遙測(cè)遙控系統(tǒng)，其是隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)防軍事技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。近幾十年來(lái)，由于各種衛(wèi)星、宇宙飛船和深空探測(cè)器的發(fā)射和應(yīng)用，以及生產(chǎn)和管理自動(dòng)化的不斷擴(kuò)大和深入，加上計(jì)算機(jī)和電子枝術(shù)的快速進(jìn)展，已經(jīng)使遙測(cè)遙控技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)更加嶄新的階段^[1]。

本系統(tǒng)主要是利用賽普拉斯的芯片Cy7c68013控制西門子公司的GSM模塊TC35i收發(fā)短信，以實(shí)現(xiàn)遙測(cè)遙控的目的。

1 USB接口芯片

計(jì)算機(jī)已經(jīng)應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，各式各樣的設(shè)備都可以與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，現(xiàn)在最簡(jiǎn)單的自動(dòng)化聯(lián)機(jī)方式就是使用USB口通信。其硬件操作簡(jiǎn)單，功能易于擴(kuò)展，成為計(jì)算機(jī)與無(wú)線調(diào)制解調(diào)器或其他設(shè)備相連的管道，使計(jì)算機(jī)可以通過(guò)USB口高速控制通信模塊等外圍設(shè)備，從而為高速控制的發(fā)展提供了一個(gè)便利的條件。

最常用的接口芯片有Philips公司的PDIUSBD11，11A與12系列，National Semiconductor公司推出的USBN9602/3/4以及NetChip公司的NET2888與NET2890三大類。如果選定了接口芯片的話，還要選擇微控制器，導(dǎo)致了其連接和升級(jí)受到了很大的限制，并且這樣做也不是最簡(jiǎn)單的方式，最簡(jiǎn)單的方法是使用帶USB接口的微控制器，最常用的有：Cypress：M8系列與EZ-USB系列，Atmel：AT43USB321，Microchip：PIC16C745/65，ScanLogic：SL16-USB等。EZ-USB FXTM系列比其他的芯片提供了更先進(jìn)的架構(gòu)雛形，其中包含增強(qiáng)版的8051核心，4 kB或8 kB RAM，以及智能型的USB核心程序。在維持8051軟件的兼容下，這個(gè)增強(qiáng)型的8051核心提供了比標(biāo)準(zhǔn)8051還要快上5倍的執(zhí)行成效。還具有內(nèi)建的RAM，能夠從PC主機(jī)中下載固定的程序代碼。所以本系統(tǒng)選用其中的一款Cy7c68013，該芯片是一個(gè)以“軟件”為主的架構(gòu)。其中的805l程序代碼與數(shù)據(jù)存放在內(nèi)部的RAM中，且主機(jī)可通過(guò)USB總線將程序代碼與數(shù)據(jù)加載。使用EZ-USB FX芯片來(lái)開(kāi)發(fā)外圍設(shè)備，無(wú)須使用ROM，EPROM或FLASH內(nèi)存，既可縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，也能很輕易地更新固件。為了提供軟件特性，EZ-USB FX芯片能自動(dòng)以“無(wú)固件”USB設(shè)備來(lái)加以設(shè)備列舉，這樣USB接口能夠自己用來(lái)加載8051程序代碼與描述符表。芯片架構(gòu)如圖1所示。

該芯片提供了一個(gè)串行接口引擎(SIE)，負(fù)責(zé)完成大部分USB 2.0協(xié)議的處理工作，從而大大減輕了USB協(xié)議處理的工作量，解放其集成的8051 CPU，使其可以有效控制短信收發(fā)模塊TC35i。

2 GSM模塊TC35i 

GSM(Global System for Mobile Communication)系統(tǒng)是目前基于時(shí)分多址技術(shù)的移動(dòng)通訊體制中比較成熟、完善、應(yīng)用最廣泛的一種系統(tǒng)。其中短信息業(yè)務(wù)SMS(Short Message Service)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，具有通信成本低、性能好、抗干擾能力強(qiáng)、通話質(zhì)量高、頻譜利用率高、系統(tǒng)容量大、業(yè)務(wù)種類多、保密國(guó)際自動(dòng)漫游等優(yōu)點(diǎn)，他利用信令信道傳輸，不用撥號(hào)建立連接，直接把要發(fā)的信息加上目的地址發(fā)送到短消息服務(wù)中心，由短消息服務(wù)中心再發(fā)給最終的信宿，動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已得到越來(lái)越多的系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商的重視，以移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸接收網(wǎng)絡(luò)，以短信作為數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸工具，可以開(kāi)發(fā)出多種前景極其樂(lè)觀的各類應(yīng)用^[2]。

TC35i主要特性與技術(shù)指標(biāo)包括以下幾點(diǎn)：頻段為雙頻GSM 900 MHz和GSM 1 800 MHz (phase 2/2+)；支持?jǐn)?shù)據(jù)、語(yǔ)音、短消息和傳真；高集成度(54.5 mm×36 mm×3.6 mm)；質(zhì)量為9 g；電源電壓為單一電壓3.3~4.8 V；可選波特率300 b/s~115 kb/s，動(dòng)波特率4.8~115 kb/s；電流消耗：休眠狀態(tài)為3.5 mA，空閑狀態(tài)為25 mA，發(fā)射狀態(tài)為300 mA(平均)，2.5 A峰值；溫度范圍：正常操作為-20~ +55 ℃，存放為-30~+85 ℃；SIM電壓為3 V/1.8 V。

TC35i有40個(gè)引腳，通過(guò)一個(gè)ZIF(Zero InsertionForce，零阻力插座)連接器引出。這40個(gè)引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。第1~14 腳為電源部分：第1~5腳為電源電壓輸入端Vbatt+，第6~10腳為電源地GND，第11，12腳為充電引腳，第13腳為對(duì)外輸出電壓(共外電路使用)，第14腳為ACCUTEMP接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。第24~29腳為SIM卡引腳，分別為CCIN，CCRST，CCIO，CCCLK，CCVCC 和CCGND。第33~40腳為語(yǔ)音接口，用來(lái)接電話手柄。第15，30，31和32腳為控制部分：第15腳為點(diǎn)火線IGT(Ignition)， 當(dāng)TC35i通電后必須給IGT 一個(gè)大于100 ms低電平，模塊才啟動(dòng)；第30腳為RTC backup，第31腳為Power down，第32腳為SYNC。第16~23為數(shù)據(jù)輸入/輸出，分別為DSR0，RING0，RxD0，TxD0，CTS0，RTS0，DTR0 和DCD0。TC35i的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實(shí)際上是一個(gè)串行異步收發(fā)器，他有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無(wú)校驗(yàn)位，波特率在300 b/s~115 kb/s之間可選，硬件握手信號(hào)用RTS0/CTS0，軟件流量控制用XON/XOFF，CMOS電平，支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集。

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)控制的硬件電路圖如圖2所示，包括電源部分，最小系統(tǒng)和控制部分。

電源部分包括外電路供電和USB總線供電，通過(guò)跳線設(shè)置。當(dāng)然要修改固件程序相應(yīng)的描述符，該電路有兩個(gè)電源指示燈，5 V和3.3 V電源指示，5 V來(lái)自于總線或外電路，經(jīng)LD1117CS8-3.3整壓成3.3 V，利用CY7C68013的一個(gè)串口作為與TC35i的接口，即圖2中的J2，有2個(gè)數(shù)據(jù)指示燈，指示與TC35i通信的過(guò)程。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 固件程序

固件程序包含2部分：協(xié)議處理部分主要完成和識(shí)別USB協(xié)議和上位機(jī)傳輸?shù)拿?；功能處理部分主要完成短信模塊的控制，包括網(wǎng)絡(luò)登陸，讀取SIM卡上的電話號(hào)碼，發(fā)送和接收短信等。程序流程圖如圖3所示：

4.2 驅(qū)動(dòng)程序

USB需要通用驅(qū)動(dòng)和下載固件驅(qū)動(dòng)2個(gè)程序。通用驅(qū)動(dòng)用于完成外設(shè)與用戶程序的通信，可使用Cypress公司開(kāi)發(fā)包所提供的已經(jīng)編好的通用驅(qū)動(dòng)程序ezusb.sys，一般不需要重新編寫;下載固件驅(qū)動(dòng)則負(fù)責(zé)在外設(shè)連接USB總線后把特定的固件程序下載到CY7C68013A 的RAM 中使CPU 重啟，同時(shí)模擬斷開(kāi)與USB總線的連接，以完成對(duì)外設(shè)的重新設(shè)置，使主機(jī)能夠根據(jù)新的設(shè)置來(lái)安裝通用驅(qū)動(dòng)程序，重新列舉外設(shè)為一個(gè)新的USB設(shè)備。他可以由Cypress公司已經(jīng)編好的驅(qū)動(dòng)部分和固件程序由DDK編譯后生成。

本系統(tǒng)利用CY7C68013的控制端點(diǎn)、塊傳輸端點(diǎn)和中斷傳輸端點(diǎn)，分別完成協(xié)議處理，短信內(nèi)容的讀取和寫入和下位機(jī)有數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)的指示。

4.3 應(yīng)用程序

本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)使用Windows XP作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，以VC+ + 6.0和SDK作為開(kāi)發(fā)工具，設(shè)計(jì)中考慮到工程要求，主要兼顧了以下功能：短信收發(fā)、TC35i的模塊設(shè)置、短信內(nèi)容的分析處理和命令發(fā)出等。

5 結(jié) 語(yǔ)

基于USB的短信收發(fā)模塊的設(shè)計(jì)，綜合了計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的處理能力、USB的便利性和當(dāng)前移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，將在遙測(cè)遙控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的其他功能也將能開(kāi)發(fā)出其他的產(chǎn)品，對(duì)創(chuàng)建和諧社會(huì)有巨大的潛力和實(shí)際意義。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］吳小濤，鄭鵬，尤春艷，等.一種基于移動(dòng)通信網(wǎng)的信息安全傳輸方案\\[J\\].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，29(11):61-63，66.

［2］陸應(yīng)平，王榮湘.實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信在分布式監(jiān)控系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)［J］.湖南大學(xué)學(xué)報(bào)，1996(3):123-128.

［3］Universal Serial Bus Revision 2.0 specification［Z］.http://www.usb.org，2007.

作者簡(jiǎn)介 賈志成 男，1957年出生，黑龍江訥河人，教授，碩導(dǎo)，中國(guó)電子學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員。研究方向是最佳信號(hào)設(shè)計(jì)與擴(kuò)頻編碼理論、多載波傳輸與擴(kuò)頻通信技術(shù)等。

李明利 男，1983年出生，滿族，河北承德人，研究生。研究方向?yàn)橥ㄐ排c測(cè)控技術(shù)。

王 朋 男，1982年出生，河北省滿城人，研究生。研究方向?yàn)橥ㄐ排c測(cè)控技術(shù)。

李 琦 男，1974年出生，河北人，講師。主要研究方向?yàn)橥ㄐ排c信息理論、最佳信號(hào)設(shè)計(jì)理論、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。