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基于TC35i GSM模块的SMS设计分析

Reading Volume: 15

GSM(global system for mobile communICations)全球移动网络是目前覆盖范围最广的移动通信网络, SMS 短消息服务是GSM终端之间通过服务中心进行文本信息收发的应用服务,SMS服务作为GSM网络的一种基本业务,已经得到越来越多系统运营商和系统开发商的重视。SMS以其实现简单,抗干扰能力强,强通信成本低等特点,在远程无线监控系统、数据采集系统、远程无线传输、车辆监控定位系统等领域中得到了广泛的应用。本文选用Siemens公司的 GSM模块 TC35i ,给出其应用方案、外围电路设计及软硬件实现。

1 TC35i模块简介

TC35i是Siemens公司推出的新一代无线通信GSM模块,可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(SMS)和传真。模块的工作电压为3.3~4.8 V,可以工作在900 MHz和1 800 MHz两个频段。具有AT命令集接口,支持文本和PDU模式的短消息、传真。此外,该模块还具有电话簿功能、多方通话、漫游检测功能。

该模块功能上与TC35兼容,且设计紧凑,体积大大缩小。通过40PIN的ZIF连接器,实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。模块集射频电路与基带于一体,其主要组成结构分为6个部分:GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器及天线接口。作为 TC35i的核心,基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号,并涵盖了蜂窝射频设备中所有的模拟和数字功能。

2 硬件设计

2.1 数据通信电路

数据通信电路主要完成短消息收发,以及与PC机通信、软件流控制等功能。TC35i的数据接口采用串行异步收发,符合ITU-T RS 232接口电路标准,工作在CMOS电平(2.65 V)。数据接口配置为8位数据位、1位停止位、无校验位,波特率在300 b/s~115 Kb/s之间可选,默认9 600 b/s。TC35i模块还支持RTS0/CTS0的硬件握手和XON/XOFF的软件流控制。

在数据通信电路中选用SIPex公司的SP3232芯片,实现电平转换及串口通信功能。SP3232芯片供电电压为3~5.5 V,符合TIA/EIA-232-F和ITU v.28标准。该芯片的特性可以满足TC35i作为移动终端的电路连接要求。在SP3232与ZIF连接器相应引脚连接时,要注意发送、接收引脚的连接正确。SP3232还需要连接4个O.1μF的电容配合,才能完成电平转换功能。TC35i模块的第16~23引脚为数据I/O口,分别为TXD- 0,RXD0,RTS0,CTS0,DTR0,DSR0,DCD0和RING0。通过RS 232接口各引脚的输出信号有RXD0,CTS0,DSR0,DCD0,RING0,输入信号为TXD-O,RTS0,DTR0。

由于TC35i的接口电路使用9针串口的全部引脚,使TC35i可以获得DTR0,DSR0,DCD0和RING0控制信号。信号RING0用来向蜂窝设备指示接收到的Unsolicited Result Code(URC)。通过AT指令,可以设置TC35i的不同运行模式。

TC35i能否正常通信,可通过SYNC引脚接LED指示灯观察,当指示熄灭时,表明TC35i处于关闭或睡眠状态;当LED为600 ms亮/600 ms熄时,表明SIM卡没有插入或TC35i正在进行网络登录;当LED为75 ms亮/3 s熄时,表明TC35i已登录进网络,处于待机状态。

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2.2 SIM卡电路

SIM(subscribet identity module),即用户识别卡,TC35i的基带处理器集成了一个与ISO 7816-3 IC Card标准兼容的SIM接口。为了适合外部的SIM接口,该接口通过ZIF连接器连接到TC35i的第24~29引脚。在GSMll.11为SIM卡预留5个引脚的基础上,TC35i在ZIF连接器上为SIM卡接口预留了6个引脚,所添加的CCIN引脚用来检测SIM卡支架中是否插有SIM卡。当插入 SIM卡,该引脚置为高电平,系统方可进入正常工作状态。

SIM卡工作电压为3.O V,从TC35i的第28脚引出,其接地端(第4脚CCGND)需与TC35i的第29脚连接,如图1所示。如果接地端直接与印刷电路板的GND相连,不作任何信号的隔离保护,则会导致进行语音通信时音量很小,十分不清晰,还可能导致模块不能正常登陆网络。考虑到设计中的电磁兼容和静电保护等因素,为了达到最佳的通话效果,采用在SIM支架下,在印刷电路板的顶层敷设一层铜隔离网,该层敷铜与S-IM卡的CCGND引脚相连,CCGND与电路板的GND之间通过两个并联的电容和电感耦合。此举为SIM卡构成了一个隔离地,屏蔽了其他信号线对SIM卡的干扰。再进行语音通信时,话音清晰。

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2.3电源及启动电路

TC35i 电源供电范围为DC3.3~4.8 V,推荐使用DC4.2 V。有3种电源管理模式,休眠状态电流消耗为3.5 mA,空闲状态为25 mA,发射状态平均为300 mA,瞬时值可能达到2 A,如图2所示。在发射状态,电源电压瞬时压降不能超过400 mV,必须考虑线路上的电压损耗,线路电阻最大不可超过200 mΩ,因此在布线时必须注意这些问题。在TC35i的接口上,第1~5的引脚为电源引脚,第6~10的引脚为地线。另外,还有一个VDDLP引脚(引脚编号为30)用于模块掉电时实时时钟的供电。

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在实际应用中一般有2种供电方案,一种是采用外接电源供电,需将电源电压转换为模块所需电压(推荐4.2 V)。可选用LM2941CS,它是开关型可调高性能微波电路专用稳压芯片,通过外围两个电阻的分压比能灵活改变输出电压,通过控制引脚可开启/关闭电源模块,如图3所示;另一种是采用普通手机电池供电,电池电压一般在3.6~4.O V,可选用LM2577电源芯片。LM2577可将电池电压(3.6~4.0 V)稳定在4.2 V左右,同时能输出最大电流3 A,以保证峰值时的电流消耗,如图4所示。

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模块上电10 ms后(电池电压必须大于3.3 V),为使之正常工作,必须在启动引脚(IGT)时加长至少为100 ms的低电平信号,且该信号下降沿时间小于1 ms。启动后,第15引脚的信号应保持高阻抗。启动电路由开漏极晶体管和上电复位电路组成,若该模块与MCU组合,则可以直接与MCU的引脚连接,通过控制引脚输出的电平来简化电路。

3 软件设计

3.1 AT指令

TC35I GSM模块 提供的命令接口符合GSM07.05和GSM07.07规范。GSM07.07中定义的AT Command接口,提供了一种移动平台与数据终端设备之间的通用接口。在短消息模块收到网络发来的短消息时,能够通过串口向数据终端设备发送指示消息,数据终端设备可以使用GSM.AT指令通过串口向GSM模块发送各种命令。通过AT指令,可以控制 SMS 消息的接收与发送。

3.2 SMS消息的发送与接收

SMS消息的发送一般采用PDU(protocol dataunit)模式。

在消息发送前,要将消息中韵ASCII字符及汉字统一编码成UCS2码,以PDU数据包的形式发送。接收到的数据是以7 b的编码形式存储在TC35i模块或SIM卡内,在数据读取时直接从TC35i模块中得到符合GSM规范的数据,需经过提取得到7 b编码的有用数据。然而,这些7 b编码数据是以ASCII字符的形式存在的,要转换成8位的十六进制形式的7 b编码,再解码成可用的ASCII码数据,这样得到GSM网络发送来的原始数据,如图6所示。

3.3 PDU格式发送短信息

TC35i 支持Text和PDU(protocol data unit)2种消息模式,TEXT模式是基于ASCII码形式字符的一种结构模式,代码较为简单,但不支持中文字符。PDU模式也是基于十六进制形式字符的,数据和代码都经过编码,所以无法直接读懂;但PDU模式同时支持中英文两种短信,PDU模式收发短信包括3种编码:7位、8位和UCS2编码。7位编码用于发送普通的ASCII字符;8位编码用于发送数据信息;UCS2编码用于发送Unieode字符。一般的PDU编码由 A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L,M共13项组成。例如,发送“监控系统已开启!”到用户手机15826652893,对应用的数据编码为:

M:76D1 63A7 7CFB 7EDF 5DF2 5F00 542F FF01为用户数据,UnICode字符(监控系统已开启)。

4 应用实例

在TC35i应用过程中通常要结合微处理器或通过电平转换直接与PC串口通信。因此给出一个由TC35i与AVR微处理器构成的GSM Modem实例。该GSM Modem已经使用于GPS汽车防盗系统中。

5 结语

本设计已通过调试,并在实际应用中验证了它的可行性。相信随着通信事业的发展,移动通信应用领域不断扩大,基于TC35i的移动终端将有广阔的应用前景。 

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Time:2019-11-04 15:53
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