《武汉工程大学学报》 2011年01期
91-95
出版日期：2011-01-30
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
基于GSM模块TC35I的收发控制系统设计
0引言随着全球移动通信系统和通信网络的迅速普及以及竞争的日益激烈,新技术和新业务的开发和应用十分重要.如果把TC35i模块与单片机结合,就可以实现单片机上的数据远距离传输,这在现实的应用中是十分有用的.TC35i模块与单片机实现的短信息处理系统不仅便于集成,而且成本低.既可以应用在控制智能家电,智能停车场管理系统等日常生活中,也可以应用在地下油田勘探系统或架设通信路线困难的地方,不再受地形条件限制.因此,GSM模块TC35i有着诱人的应用前景.1系统总体设计方案本系统主要由STC89C52单片机和GSM通信模块TC35i组成.系统结构框图如图1所示.TC35i模块按功能可分为三大模块:电源电路、IGT启动电路和串行接口电路.单片机作为系统的主控芯片,直接外接TC35i模块来接收和发送信息,串口中断用来检测信息是否收到,并且返回当前设备状态.经过处理接收的信息,传递到单片机作出相应操作.开关电源为整个系统提供5 V的工作电压,使用LM1086完成电压从12 V到5 V的转换,满足系统需求［1］.开关电源连接到ZIF连接器的11、12引脚. IGT启动电路由开漏极三极管和上电复位电路组成.可以使TC35i上电后自动监测网络是否连通并进入工作模式.数据通信电路主要完成短消息收发、与PC机通信与单片机交换数据等工作.数据通信采用RS232接口,实现电平转换及串口通信功能.本系统首先要给TC35i模块上电,上电10 s左右检测到网络连通后会自动启动TC35i模块,然后通过串口读入AT指令就可以进行短信接收/发射了［2］.但是TC35i模块是不能单独与PC机或单片机实现短信发射和接收功能,这就需要对TC35i模块进行硬件和软件设计.图1TC35i短信接收/发射系统框图
Fig.1TC35i Short Message Communication System2系统硬件设计根据以上的内容结合相关知识,需要对TC35i模块进行外围硬件电路的设计.首先将设计好的模块与PC机联机,通过对TC35i模块写入AT指令来测试模块是否能正常工作,是否能进行短信收发.本系统硬件电路主要由STC89C52单片机和GSM通信模块TC35i组成.单片机STC89C52串口通过OC门74F07芯片完成电平转换后和TC35i模块相连接,从而完成对TC35i的初始化和短消息收发功能.短消息收发系统硬件接口电路如图所示［3］.图2短消息接收/发射接口硬件电路图
Fig.2Short Message transmit and receive hardware Circuit第1期陈凯,等:基于GSM模块TC35I的收发控制系统设计
武汉工程大学学报第33卷
2.1TC35i主要特性与技术指标TC35i模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成.通过ZIF连接器与单片机实现电路接口,通过该接口读取或发送TC35i模块中的数据,是TC35i模块的应用核心.TC35I主要技术指标如下:①GSM900MHz和GSMI800MHz(phase 2/2+)为双频频段.②数据、语音、短消息和传真均可发送.③集成度高(54.5 mm×36 mm×3.6 mm).④电源3.3～4.8 V.⑤发射功率2 W(GSM900MHz Class 4)/1W(DCS1800MHz波段 1).⑥可选波特率300 bps～115 000 bps,动态波特率4.8～115 kbps.⑦电流大小:休眠状态为3.5 mA,空闲状态为25 mA,发射状态为300 mA.⑧工作温度范围:正常操作时为-20 ℃～+55 ℃ ,存放时为-30 ℃～+85 ℃.⑨SIM外接,工作电压为3 V或1.8 V.⑩模块采用AT指令或掉电复位.通讯接口采用RS232(指令和数据的双向传送)［4］.2.2电源电路和启动电路模块工作电压为5 V,在模块中采用开关电源芯片LM1086完成电压从12 V到4.8 V的转换,作为TC35i的供电电源.LM1086是一款典型的低压差线性稳压集成芯片,具备限流及过热保护功能,输出电流可达1.5 A,此时输入输出电压差低至1.5 V, 工作温度范围:-40～125 ℃.由LM1086芯片完成开关电源转换需大功率的电感和电容,以提高储能能力,从而达到TC35i的耗电要求［5］.TC35i基带处理器集成了一个与ISO 78163 IC Card标准兼容的SIM接口,该接口连接到ZIF连接器以适应外部的SIM接口.TC35i模块内的ZIF连接器上位于SIM卡接口处预留了6个引脚,所添加的CCIN引脚用来检测SIM卡是否插好.当插入SIM卡后,将该引脚设置为高电平,系统才能进入正常工作状态.为了使模块上电后尽快进入网络,采用NE555芯片负责上电就启动TC35i模块.模块上电后,在工作的15脚上面加时长至少为100 ms的低电平信号,信号下降沿时间小于1 ms,从而实现TC35i模块上电后的自动启动.启动后,15脚的信号应保持低电平.2.3异步串行通信接口电路RS232C是目前最常用的串行接口标准,用来实现计算机与计算机之间,计算机与设备之间的数据通信.TC35i模块与PC机完成联机实现短信收发需要使用异步串行通信RS232C标准接口实现.与TTL,CMOS逻辑电平完全不同,RS232C的逻辑电平对地是对称的.逻辑0电平规定为+5 V～+15 V之间,逻辑1电平为-5～-15 V之间,因此为了使RS232C能够与TTL和CMOS器件相连接,就必须在RS232C和TTL/CMOS电路之间进行电平和逻辑关系的变换［6］.RS232C可以使单片一各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息［7］.3系统软件设计通过对TC35i进行了外围电路设计,与PC机联机测试成功后,将TC35i模块与STC89C52单片机连接,通过程序编写把PC机的指令转化为单片机能识别的指令,然后进行软件调试来实现短信收发功能.因此,通过使用RS232接口与PC机连接,再通过串口调试软件即可实现TC35i模块的短消息发射操作,具体实现步骤如下:首先将SIM卡放入TC35i模块指定的SIM卡槽内,给TC35i模块接通+5 V直流电源.刚上电时,模块指示灯600 ms开/600 ms关,表明正在认证用户并准备登陆网络.15 s后,模块指示灯75 ms/开3 s关,表明已登录到网络.模块登录网络后,与PC机进行连接，此时,需要启动串口调试软件进行调试.串口调试软件窗口如图3所示.设置串口的波特率19.2 bps,这是TC35i的默认波特率,首次连机可以从2 400～57.6 k不断测试,直到TC35i有应答.需要指明的是,这里的端口COM5是根据实际情况选择默认的.不同的电脑根据实际情况选择.打开串口调试软件以后,选择“打开端口”,然后选择“设备初始化”.接下来如果想查看信号情况,点击“信号”,接收区会出现:AT+CSQ+CREG?+CSQ: 14,99+CREG: 0,5OK图3串口调试图
Fig.3A serial port debug通过查看AT指令表,可以发现这是一条信号质量的指令,表示信号质量在当地还是不错的.如果想查看网络状态,点击“网络”,接收区会出现:AT+COPS?+COPS:0,0,“China Mobile”OK通过查看AT指令表,可以发现这是运营商选择的指令,使用的是中国移动运营商的网络.与短信服务(SMS)相关的GSM AT指令如表1所示［8］.表1短信服务相关的GSM AT指令表
Table 1SMS services related GSM AT instruction sheetsAT指令功能ATE0RESETAT+CSMS选择短信息服务AT+CMGC发出一条短信息命令AT+CMGD删除SIM卡内存的信息AT+CMGF选择短消息格式:0-PDU;1TEXTAT+CMGL短消息格式:0 “REC UNREAD”为未读,1“REC READ”为已读,2“STOUNSENT”为待发,3“STOSENT”为已发,4“ALL”为全部AT+CMGR读短消息AT+CMGS发短消息AT+CMGW向SIM卡内存中写入待发的短消息AT+CNMI显示新收到的短消息AT+CPMS选择短消息内存AT+CSCA短消息中心地址AT+CSMP设置短消息文本模式参数4系统调试结果4.1拨号测试拨号测试有两种方式,一种是呼叫方式,一种是被叫方式.在串口调试软件上可以找到“拨号测试”,下面默认的号码是10086,也可以改成被呼叫的手机号码.点击“拨号测试”,接收区显示:ATD10086;OK说明正在呼叫10086,如果在模块上安装话筒和听筒就可以进行正常通话.测试完毕后,点击“挂机”,窗口显示:AT+CHUPOK该指令表示通话结束已挂机.用另一部手机对模块内的SIM卡进行呼叫,接收区会显示:RING这表明已成功被呼叫,如果给模块连接话筒和听筒就可以进行语音通话.点击“挂机”,呼叫方的手机会听到“您拨打的电话暂时无法接通”,从而结束呼叫.4.2短信发送测试进行完呼叫测试后,对TC35i模块进行短信发射测试,这是检测模块最重要的环节也是TC35i模块与PC机实现短信发射的核心.本文采用了串口调试软件和PDU编码器,发送短信变得简单起来.实验中使用武汉地区短信中心号码:+8613800270500,接收号码为15927484546,短信内容“你好”进行测试,如图4所示.图4短信发送测试图
Fig.4SMS sending test首先,打开端口,进行设备初始化,然后把“你好”在PDU短信编码器上进行编码,首先输入当地短信中心号码,然后输入接收号码,在短信内容中输入“你好”,点击“生成”就自动由编码器生成了PDU编码.当接收区出现“>”时,把复制的编码粘贴到发送区,单击回车进行短信发送.此时接收区出现OK,表示短信已经成功发送.5结语本设计通过采用GSM无线通信模块TC35I,提出了一个短信收发控制系统的设计方案.利用TC35I模块和STC89C52单片机构建一个通信系统,成功的实现了短消息的接收和发射.相对传统的有线通信而言,本系统不仅通信方式得到了优化,而且大大提高了通信效率.测试结果表明,该系统设计灵活,稳定性高,有很强的实时性,可以应用于汽车指纹报警系统、无人值守停车场管理系统、地下油田勘探系统等等.