基于TC35i GSM模塊的SMS設(shè)計(jì)和應(yīng)用

0 引言

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(yíng)商和系統(tǒng)開發(fā)商的重視。SMS以其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)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。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(jiǎn)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(cè)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(hào)、及控制信號(hào)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(hào)，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(dòng)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)O.1μF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TXD- 0，RXD0，RTS0，CTS0，DTR0，DSR0，DCD0和RING0。通過RS 232接口各引腳的輸出信號(hào)有RXD0，CTS0，DSR0，DCD0，RING0，輸入信號(hào)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(hào)。信號(hào)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600 ms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(subscribet identity module)，即用戶識(shí)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GSMll.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(cè)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.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(hào)的隔離保護(hù)，則會(huì)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S-IM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(hào)線對(duì)SIM卡的干擾。再進(jìn)行語音通信時(shí)，話音清晰。

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(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(hào)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(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.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(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(zhǎng)至少為100 ms的低電平信號(hào)，且該信號(hào)下降沿時(shí)間小于1 ms。啟動(dòng)后，第15引腳的信號(hào)應(yīng)保持高阻抗。啟動(dòng)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(jiǎn)化電路。[!--empirenews.page--]

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(dòng)平臺(tái)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。

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(chǔ)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。

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(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(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(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(duì)應(yīng)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(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(dòng)通信應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，基于TC35i的移動(dòng)終端將有廣闊的應(yīng)用前景。