前 言
GSM(global system for mobile communICations)全球移動網(wǎng)絡是目前覆蓋范圍最廣的移動通信網(wǎng)絡， SMS 短消息服務是GSM終端之間通過服務中心進行文本信息收發(fā)的應用服務，SMS服務作為GSM網(wǎng)絡的一種基本業(yè)務，已經(jīng)得到越來越多系統(tǒng)運營商和系統(tǒng)開發(fā)商的重視。SMS以其實現(xiàn)簡單，抗干擾能力強，強通信成本低等特點，在遠程無線監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、遠程無線傳輸、車輛監(jiān)控定位系統(tǒng)等領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現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(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，且設計緊湊，體積大大縮小。通過40PIN的ZIF連接器，實現(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，其主要組成結構分為6個部分：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備中所有的模擬和數(shù)字功能。
2 硬件設計
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接口電路標準，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(shù)據(jù)通信電路中選用SIPex公司的SP3232芯片，實現(xiàn)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足TC35i作為移動終端的電路連接要求。在SP3232與ZIF連接器相應引腳連接時，要注意發(fā)送、接收引腳的連接正確。SP3232還需要連接4個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(shù)據(jù)I／O口，分別為TXD- 0，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TXD-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用來向蜂窩設備指示接收到的Unsolicited Result Code(URC)。通過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SYNC引腳接LED指示燈觀察，當指示熄滅時，表明TC35i處于關閉或睡眠狀態(tài)；當LED為600 ms亮／600 ms熄時，表明SIM卡沒有插入或TC35i正在進行網(wǎng)絡登錄；當LED為75 ms亮／3 s熄時，表明TC35i已登錄進網(wǎng)絡，處于待機狀態(tài)。
2．2 SIM卡電路
SIM(subscribet identity module)，即用戶識別卡，TC35i的基帶處理器集成了一個與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ZIF連接器連接到TC35i的第24～29引腳。在GSMll．11為SIM卡預留5個引腳的基礎上，TC35i在ZIF連接器上為SIM卡接口預留了6個引腳，所添加的CCIN引腳用來檢測SIM卡支架中是否插有SIM卡。當插入 SIM卡，該引腳置為高電平，系統(tǒng)方可進入正常工作狀態(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，則會導致進行語音通信時音量很小，十分不清晰，還可能導致模塊不能正常登陸網(wǎng)絡。考慮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之間通過兩個并聯(lián)的電容和電感耦合。此舉為SIM卡構成了一個隔離地，屏蔽了其他信號線對SIM卡的干擾。再進行語音通信時，話音清晰。
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VDDLP引腳(引腳編號為30)用于模塊掉電時實時時鐘的供電。
在實際應用中一般有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)。可選用LM2941CS，它是開關型可調高性能微波電路專用穩(wěn)壓芯片，通過外圍兩個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(wěn)定在4．2 V左右，同時能輸出最大電流3 A，以保證峰值時的電流消耗，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，必須在啟動引腳(IGT)時加長至少為100 ms的低電平信號，且該信號下降沿時間小于1 ms。啟動后，第15引腳的信號應保持高阻抗。啟動電路由開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，通過控制引腳輸出的電平來簡化電路。
3 軟件設計
3．1 AT指令
TC35I GSM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)終端設備之間的通用接口。在短消息模塊收到網(wǎng)絡發(fā)來的短消息時，能夠通過串口向數(shù)據(jù)終端設備發(fā)送指示消息，數(shù)據(jù)終端設備可以使用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。
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(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，要轉換成8位的十六進制形式的7 b編碼，再解碼成可用的ASCII碼數(shù)據(jù)，這樣得到GSM網(wǎng)絡發(fā)送來的原始數(shù)據(jù)，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ASCII碼形式字符的一種結構模式，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Unieode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項組成。例如，發(fā)送“監(jiān)控系統(tǒng)已開啟!”到用戶手機15826652893，對應用的數(shù)據(jù)編碼為：
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 應用實例
在TC35i應用過程中通常要結合微處理器或通過電平轉換直接與PC串口通信。因此給出一個由TC35i與AVR微處理器構成的GSM Modem實例。該GSM Modem已經(jīng)使用于GPS汽車防盜系統(tǒng)中。
5 結語
本設計已通過調試，并在實際應用中驗證了它的可行性。相信隨著通信事業(yè)的發(fā)展，移動通信應用領域不斷擴大，基于TC35i的移動終端將有廣闊的應用前景?！?/p>
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