摘 要:隨著通信事業(yè)的發(fā)展，基于GSM的移動終端應(yīng)用已日益廣泛。在研究Siemens公司生產(chǎn)的TC35i GSM模塊的基礎(chǔ)上，給出一種由TC35i構(gòu)成的移動終端硬件電路設(shè)計(jì)和SMS編碼方法，包括構(gòu)成終端的數(shù)據(jù)通信電路、SIM卡電路、電源及啟動電路，并探討了在設(shè)計(jì)過程中遇到的問題和解決的方法。該設(shè)計(jì)可以完成短消息的收發(fā)，與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。已成功?yīng)用在基于GPS和GSM網(wǎng)絡(luò)的新型汽車防盜系統(tǒng)中。關(guān)鍵詞:GSM模塊; TC35i; AT指令; SMS; 消息編碼

中圖分類號:TN911-34; TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1004-373X(2010)16-0157-03

Design and Application of SMS Based on TC35i GSM Module

HE Guang-yu， LI Tai-quan

(School of Physical Science and Technology， Yangtze University， Jingzhou 434023， China)

Abstract: With the development of communications， the application of mobile terminal based on GSM becomes increasingly wide. The hardware circuit design and SMS coding method of TC35i-based mobile terminals (compised of data communication circuit， SIM card circuit and power supply circuit) are presented based on the reseach of TC35i module produced by Siemens. The problems encountered in the design process and their solutions are investigated. This design can achieve the transceiving of short messages， data transmission with computers and other functions. It has been successfully applied to the new type of car security system based on GPS And GSM Network.

Keywords: GSM module; TC35i; AT command; SMS; message encoding

0 引 言

GSM(global system for mobile communications)全球移動網(wǎng)絡(luò)是目前覆蓋范圍最廣的移動通信網(wǎng)絡(luò)，SMS短消息服務(wù)是GSM終端之間通過服務(wù)中心進(jìn)行文本信息收發(fā)的應(yīng)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)得到越來越多系統(tǒng)運(yùn)營商和系統(tǒng)開發(fā)商的重視。SMS以其實(shí)現(xiàn)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，強(qiáng)通信成本低等特點(diǎn)，在遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、遠(yuǎn)程無線傳輸、車輛監(jiān)控定位系統(tǒng)等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用[1-6]。本文選用Siemens公司的GSM模塊TC35i，給出其應(yīng)用方案、外圍電路設(shè)計(jì)及軟硬件實(shí)現(xiàn)。

1 TC35i模塊簡介

TC35i是Siemens公司推出的新一代無線通信GSM模塊，可以快速安全可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、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，該模塊還具有電話簿功能、多方通話、漫游檢測功能。

該模塊功能上與TC35兼容，且設(shè)計(jì)緊湊，體積大大縮小。通過40PIN的ZIF連接器，實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號、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(jié)構(gòu)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連接器及天線接口。作為TC35i的核心，基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語音、數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中所有的模擬和數(shù)字功能。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)通信電路

數(shù)據(jù)通信電路主要完成短消息收發(fā)，以及與PC 機(jī)通信、軟件流控制等功能。TC35i的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，符合ITU-T RS 232接口電路標(biāo)準(zhǔn)，工作在CMOS 電平(2.65 V)。數(shù)據(jù)接口配置為8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗(yàn)位，波特率在300 b/s～115 Kb/s之間可選，默認(rèn)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(shù)據(jù)通信電路中選用Sipex公司的SP3232芯片，實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)。該芯片的特性可以滿足TC35i作為移動終端的電路連接要求。在SP3232與ZIF連接器相應(yīng)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)0.1 μF的電容配合，才能完成電平轉(zhuǎn)換功能。TC35i模塊的第16～23引腳為數(shù)據(jù)I/O口，分別為TXD0，RXD0，RTS0，CTS0，DTR0，DSR0，DCD0和RING0。通過RS 232接口各引腳的輸出信號有RXD0，CTS0，DSR0，DCD0，RING0，輸入信號為TXD0，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用來向蜂窩設(shè)備指示接收到的Unsolicited Result Code (URC)。通過AT指令，可以設(shè)置TC35i的不同運(yùn)行模式。

TC35i能否正常通信，可通過SYNC引腳接LED指示燈觀察，當(dāng)指示熄滅時(shí)，表明TC35i處于關(guān)閉或睡眠狀態(tài);當(dāng)LED為600ms亮/600 ms熄時(shí)，表明SIM卡沒有插入或TC35i正在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)登錄;當(dāng)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(jī)狀態(tài)。

2.2 SIM卡電路

SIM(subscriber identity module)，即用戶識別卡，TC35i的基帶處理器集成了一個(gè)與ISO 7816-3 IC Card標(biāo)準(zhǔn)兼容的SIM接口。為了適合外部的SIM接口，該接口通過ZIF連接器連接到TC35i的第24～29引腳。在GSM11.11 為SIM卡預(yù)留 5個(gè)引腳的基礎(chǔ)上，TC35i在ZIF連接器上為 SIM卡接口預(yù)留了6個(gè)引腳，所添加的CCIN引腳用來檢測SIM卡支架中是否插有SIM卡。當(dāng)插入SIM卡，該引腳置為高電平，系統(tǒng)方可進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

SIM卡工作電壓為3.0 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(hù)，則會導(dǎo)致進(jìn)行語音通信時(shí)音量很小，十分不清晰，還可能導(dǎo)致模塊不能正常登陸網(wǎng)絡(luò)?？紤]到設(shè)計(jì)中的電磁兼容和靜電保護(hù)等因素，為了達(dá)到最佳的通話效果，采用在SIM支架下，在印刷電路板的頂層敷設(shè)一層銅隔離網(wǎng)，該層敷銅與SIM卡的CCGND引腳相連，CCGND與電路板的GND之間通過兩個(gè)并聯(lián)的電容和電感耦合。此舉為SIM卡構(gòu)成了一個(gè)隔離地，屏蔽了其他信號線對SIM卡的干擾。再進(jìn)行語音通信時(shí)，話音清晰。

圖1 SIM卡接口電路

2.3 電源及啟動電路

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(dá)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400 mV，必須考慮線路上的電壓損耗，線路電阻最大不可超過200 mΩ，因此在布線時(shí)必須注意這些問題。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。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。

圖2 TC35i供電要求

在實(shí)際應(yīng)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(zhuǎn)換為模塊所需電壓(推薦4.2 V)?？蛇x用LM2941CS，它是開關(guān)型可調(diào)高性能微波電路專用穩(wěn)壓芯片，通過外圍兩個(gè)電阻的分壓比能靈活改變輸出電壓，通過控制引腳可開啟/關(guān)閉電源模塊，如圖3所示;另一種是采用普通手機(jī)電池供電，電池電壓一般在3.6~4.0 V，可選用LM2577電源芯片。LM2577可將電池電壓(3.6~4.0 V)穩(wěn)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。

圖3 外接電源供電電路

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，必須在啟動引腳(IGT)時(shí)加長至少為100 ms的低電平信號，且該信號下降沿時(shí)間小于1 ms。啟動后，第15引腳的信號應(yīng)保持高阻抗。啟動電路由開漏極晶體管和上電復(fù)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，通過控制引腳輸出的電平來簡化電路。

圖4 手機(jī)電池供電電路

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 AT指令

TC35IGSM模塊提供的命令接口符合GSM07.05和GSM07.07規(guī)范。GSM07.07中定義的AT Command接口，提供了一種移動平臺與數(shù)據(jù)終端設(shè)備之間的通用接口。在短消息模塊收到網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的短消息時(shí)，能夠通過串口向數(shù)據(jù)終端設(shè)備發(fā)送指示消息，數(shù)據(jù)終端設(shè)備可以使用GSM AT指令通過串口向GSM模塊發(fā)送各種命令。通過AT指令(見表1)，可以控制SMS消息的接收與發(fā)送。

表1 AT指令表

命令功能

AT+CMGD刪除短消息

AT+CMGF設(shè)置消息格式

AT+CMGL列出內(nèi)存中的消息

AT+CMGR讀取短消息

AT+CMGS發(fā)送短消息

AT+CNMI設(shè)置消息提示

AT+CSCA設(shè)置消息中心地址

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 data unit)模式，如圖5所示。

圖5 SMS消息發(fā)送過程

在消息發(fā)送前，要將消息中的ASCII字符及漢字統(tǒng)一編碼成UCS2碼，以PDU數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送。接收到的數(shù)據(jù)是以7 b的編碼形式存儲在TC35i模塊或SIM卡內(nèi)，在數(shù)據(jù)讀取時(shí)直接從TC35i模塊中得到符合GSM規(guī)范的數(shù)據(jù)，需經(jīng)過提取得到7 b編碼的有用數(shù)據(jù)。然而，這些7 b編碼數(shù)據(jù)是以ASCII字符的形式存在的，要轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)，這樣得到GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送來的原始數(shù)據(jù)，如圖6所示。

圖6 GSM Modem

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ASCII碼形式字符的一種結(jié)構(gòu)模式，代碼較為簡單，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(shù)據(jù)和代碼都經(jīng)過編碼，所以無法直接讀懂;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(shù)據(jù)信息;UCS2編碼用于發(fā)送Unicode字符。一般的PDU編碼由A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，H，I，J，K，L，M共13項(xiàng)組成。例如，發(fā)送“監(jiān)控系統(tǒng)已開啟!”到用戶手機(jī)15826652893，對應(yīng)用的數(shù)據(jù)編碼為:

“0891683108706105F011000D91685128662598F30008A71076D163A77CFB7EDF5DF25F00542FFF01”

編碼分析:

A:08--消息服務(wù)中心地址長度

B:91--消息服務(wù)中心號碼類型

C:683108706105F0--消息中心號碼

D:11--文件頭字節(jié)

E:00--信息類型

F:0D--目的地址長度

G:91--目的地址類型

H:685128662598F3--目的地址

I:00--協(xié)議標(biāo)識

J:08--數(shù)據(jù)編碼方案

K:A7--有效期

L:10--用戶數(shù)據(jù)長度M:76D1 63A7 7CFB 7EDF 5DF2 5F00 542F FF01為用戶數(shù)據(jù)，Unicode字符(監(jiān)控系統(tǒng)已開啟)。

4 應(yīng)用實(shí)例

在TC35i應(yīng)用過程中通常要結(jié)合微處理器或通過電平轉(zhuǎn)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(gòu)成的GSM Modem實(shí)例。該GSM Modem已經(jīng)使用于GPS汽車防盜系統(tǒng)中。

5 結(jié) 語

本設(shè)計(jì)已通過調(diào)試，并在實(shí)際應(yīng)用中驗(yàn)證了它的可行性。相信隨著通信事業(yè)的發(fā)展，移動通信應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，基于TC35i的移動終端將有廣闊的應(yīng)用前景。

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