汪国飞06最小短信收发系统设计.docx

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汪国飞06最小短信收发系统设计

第1章引言

短信息服务作为GSM网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视。

但是用常见的手机编辑短信息不方便,输入和显示都有局限,当然不适合工业应用，用PC机就不存在这些问题。

而这种短信收发系统一般是基于RS〖CD*2〗232串行总线的，不仅安装麻烦，而且由于受计算机插槽数量和地址、中断资源的限制，不可能挂接很多设备。

在一些电磁干扰性强的测试现场，无法专门对其做电磁屏蔽，导致信息的失真。

本设计以GSM网络作为数据无线传输网络，可以开发出多种前景极其乐观的各类应用。

典型的应用有：

变电站、电表、水塔、水库或环保监测点等监测数据的无线传输和无线自动警报；远程无线控制高压线路断电器、加热系统、防洪拦阻系统或其它机电系统的启动和关闭；车队交通管理和控制指挥系统；控制和监测香烟、食品和饮料自动售货机的运行状态和存货水平等。

本设计以GSM网络作为数据无线传输网络，选用支持GSM网络的模块TC35i和带有USB接口的单片机开发而成。

GSM（GlobalSystemforMobilecommunication）系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中，是比较成熟完善，且应用最广泛的第二代移动通信一种系统。

目前已建成的覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，是我国公众移动通信网的主要方式。

基于GSM的短信信息服务，是一种在是在移动网络上传送简短信息的无线应用，是一种信息在移动网络上存储和转寄的过程。

由于公众GSM网络在全球范围内实现了联网和漫游，建议上述系统不需再组建专用通信网络，所以具有实时传输数据功能的短信应用将得到迅速普及。

笔者开发设计的基于GSM网络的温度数据采集与无线传输系统正是借助该网络平台，利用短信息业务实现数据的自动双向传递。

本系统由数据采集部分、数据接收和发送部分、终端处理部分三个模块组成。

数据采集模块将采集到的温度数据存入存储器中。

数据收发模块采用双单片机共用E2RPOM的方式，单片机2控制数据从存储器转存入E2PROM中；单片机1负责将数据从E2PROM中读出，并经GSM模块2借助GSM网络将数据发送出去。

单片机1不仅控制数据的发送，也控制数据的接收。

在这里，E2PROM是温度数据临时存储和上传的中转站。

终端处理模块负责将接收到的数据交给计算机处理，并将处理后的结果存放到数据库中，以供查询。

当终端处理模块需要向GSM模块2发送控制命令时，GSM模块2接收过程正好与上述过程相反，从而实现数据的自动双向传递。

第2章系统设计的总体方案

2.1设计的目的和意义

短信息服务是移动网络上一种基本无线业务,是信息在移动网络上储存和转寄的过程。

但是用常见的手机编辑短信息不方便,输入和显示都有局限,当然不适合工业应用，用PC机就不存在这些问题。

而这种短信收发系统一般是基于RS〖CD*2〗232串行总线的，不仅安装麻烦，而且由于受计算机插槽数量和地址、中断资源的限制，不可能挂接很多设备。

在一些电磁干扰性强的测试现场，无法专门对其做电磁屏蔽，导致信息的失真。

本设计以GSM网络作为数据无线传输网络，选用支持GSM网络的模块TC35i和带有USB接口的单片机开发而成。

2.2系统框图与主要方案

　本系统主要由短信收发模块和兼有监控实现USB接口双重功能的单片机组成即西门子公司的TC35i模块和Cygnal公司的C8051F320。

系统框图如图1所示。

本设计将TC35i终端与电脑相连（通过USB接口,TC35i终端支持GSMUAT指令集）,就可以通过自行编制的短信息收发软件,利用PC的超级终端功能实现短信息收发。

该系统可实现中英文点对点的双向收发,一次最多可以发送70个中文字符和160个英文字符。

一旦消息被发送,那么发送人就会得到发送成功的通知。

它还可以实现一次性群发,最多可以发给10个用户,并且有电话簿功能。

该终随机收发,实时接收,立即回复,成本低等特性。

本系统由数据采集部分、数据接收和发送部分、终端处理部分三个模块组成。

数据采集模块将采集到的温度数据存入存储器中。

数据收发模块采用双单片机共用E2RPOM的方式，单片机2控制数据从存储器转存入E2PROM中；单片机1负责将数据从E2PROM中读出，并经GSM模块2借助GSM网络将数据发送出去。

单片机1不仅控制数据的发送，也控制数据的接收。

在这里，E2PROM是温度数据临时存储和上传的中转站。

终端处理模块负责将接收到的数据交给计算机处理，并将处理后的结果存放到数据库中，以供查询。

当终端处理模块需要向GSM模块2发送控制命令时，GSM模块2接收过程正好与上述过程相反，从而实现数据的自动双向传递。

图2-1 系统框图

标注：

CCVCC：

SIM卡引脚CCREST：

SIM卡引脚CCCLK：

SIM卡引脚

CCIO：

SIM卡引脚CCGND：

SIM卡引脚ZIF：

零阻力插座

TXD：

发送数据RXD：

接收数据SYNC：

同步

LED：

发光二极管IGT：

信号

TC35I：

这是西门子推出的最新的无线模块（直接解释是什么功能的芯片）

8051F320?

第3章硬件系统电路设计

　本系统采用CygnalC8051F320作为控制主芯片。

CygnalC8051F为兼容MCS-51内核的单片机,内置8KBFlash,拥有256字节RAM。

由于内置Flash,因此在电路设计上可以省去外接程序存储器,缩小了PCB板的面积,也提高了整个系统的可靠性。

在这个GSM系统中,还有一些基本不变或者很少变化的量,比如子机的编号、号码、短消息中心号码等,这些数据可以作为常量直接写入程序的Flash中。

单片机通过串口和TC35i通信，单片机从TC35i接到外来的信息，并通过USB接口和PC机通信。

图3-1 稳压电源电路

3.1稳压电源电路

最小系统工作电压为5VDC。

由于TC35i模块的突发耗电电流峰值可达3A,故外加稳压器件必须达到足以提供该额定电流的条件。

另外，电源的指标不仅仅有电压，而且功率容限等指标都要满足要求，故采用图2的设计方案。

在该系统中,开关电源芯片LM7805完成12V到5V的转换,电源电路主要由LM7805和AS1117-3.3这2个三端稳压电源模块构成，电源模块AS1117-3.3接收LM7805输入的5V电平，输出为整个单片机系统提供+3.3V工作电压，连到ZIF连接器的1~5引脚，为TC35i提供＋5V、500mA的充电电压。

电源的输出基本不会受外部输入变动干扰，而且有效的消除了电磁干扰。

图3-2 IGT电路

3.2IGT电路

对于TC35i模块控制，IGT信号非常重要，只有正确的IGT信号才可以使TC35i模块正常运行。

系统加电后,为使TC35i进入工作状态,必须给IGT加一个延时大于100ms的低脉冲,电平下降持续时间不可超过1ms。

驱动IGT时，TC35i供电电压不能低于3.3V,否则TC35不能激活。

电路设计如图3所示。

启动电路由开漏极三极管和上电复位电路组成。

为保证整个系统正常启动，要求在电源加电时，IGT必须保持大于100ms的低电平后，再跳到高电平，在电路板中是依靠RC电路来完成的，且该信号下降沿时间小于1ms。

启动后，IGT脚的信号应保持高电平。

电源通电后，+5V电源通过电阻对电容充电，使电容正极上的电压慢慢上升，大约经过100ms达到高电位，使施密特触发器翻转，系统被复位。

启动后,IGT应保持高电平（3.3V）。

TC35i数据接口通过USB电缆直接与PC机连接。

数据接口遵从DCE的ITU2TRS232内部交换电路标准，实现异步串行收发功能。

图3-3TC35i外围电路图

3.3TC35i其他部分电路

电源电路分为充电电池和稳压电源模块两部分：

充电电池主要为整个系统提供3.6V工作电压，同时产生MAX3238所需要的高电平；三端电源模块LM7806将外部＋12V直流电源转换为＋6V，连到ZIF连接器的11、12引脚，在充电模式下，为TC35i提供＋6V、500mA的充电电源。

　　启动电路由开漏极三极管和上电复位电路组成。

模块上电10ms后（电池电压须大于3V），为使之正常工作，必须在15脚（）加时长至少为100ms的低电平信号，且该信号下降沿时间小于1ms。

启动后，15脚的信号应保持高电平。

　　基带处理器集成了一个与ISO7816-3ICCard标准兼容的SIM接口。

为了适合外部的SIM接口，该接口连接到主接口（ZIF连接器）。

在GSM11.11为SIM卡预留5个引脚的基础上，TC35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，该引脚置为高电平时，系统方可进入正常工作。

　　数据通信电路主要完成短消息收发、与PC机通信、软件流控制等功能。

数据通信电路以Maxim公司的MAX3238芯片为核心，实现电平转换及串口通信功能；具有低功耗、高数据速率、增强型ESD保护等特性。

增强型ESD结构为所有发送器输出和接收器输入提供保护，可承受±15kVIEC1000-4-2气隙放电、±8kVIEC1000-4-2接触放电和±15kV人体放电模式。

TC35的SYNC引脚有两种工作模式，可用AT命令ATSYNC进行切换。

一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示TC35的工作状态。

本模块使用的是后一种功能：

当LED熄灭时,表明TC35处于关闭或睡眠状态；当LED为600ms亮/600ms熄时，表明SIM卡没有插入或TC35正在进行网络登录；当LED为75ms亮/3s熄时，表明TC35已登录进网络，处于持机状态。

TC35i通过C8051F020与PC机通信，其外围电路如图2-4所示

图3-4TC35i通过C8051F020与PC机通信

3.4单片机周围电路

采用Cygnal公司内置USB接口的高性能微控制器芯片C8051F320，简化了硬件部分的设计。

该单片机即实现了USB接口的功能又要完成对模块的控制功能。

因为C8051F320是带USB接口的单片机，所以整个硬件部分与一般单片机应用系统的开发类似，仅需要通过端口P0.5和P0.4连接40脚ZIF插座就可实现模块和单片机之间的通信。

下面是设计时应特别注意的问题：

在外接晶体时，一定要在晶体的两端接上10MΩ的电阻，晶体外壳最好接地，而且布线尽量的短，尽量减少干扰。

若要快捷、成功地开发一个USB设备，正确、合理的调试方法是必不可少的环节。

那么设计调试所用的JTAG口时，要在TCK加上3.3V上拉，上拉电阻为4.7kΩ。

本单片机共有32个引脚，对于未用的I/O口最好用100Ω的电阻下拉到地。

这样有助于保护I/O口。

图3-5USB的外接口电路

第4章系统的主要器件和功能

4.1TC35i模块的介绍

目前，国内已经开始使用的GSM模块有Falcom的A2D系列、Wavecome的WMO2系列、西门子的TC35系列、爱立信的DM10/DM20系列、中兴的ZXGM18系列等，而且这些模块的功能、用法差别不大。

其中西门子的TC35系列模块性价比很高，并且已经有国内的无线电设备入网证。

所以本设计选用的是西门子TC35系列的

TC35i。

这是西门子推出的最新的无线模块，功能上与TC35兼容，设计紧凑，大大缩小了用户产品的体积。

TC35i与GSM2/2+兼容、双频（GSM900/GSMl800）、RS232数据口、符合ETSI标准GSM0707和GSM0705，且易于升级为GPRS模块。

该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。

TC35i是一个支持中文短信息的工业级GSM模块,工作在EGSM900和GSM1800双频段,电源范围为3.3～5.5V,可传输语音和数据信号,功耗在EGSM900（4类）和GSM1800（1类）分别为2W和1W,通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。

TC35i的数据接口（CMOS电平）通过AT命令可双向传输指令和数据,可选波特率为300b/s～115kb/s,自动波特率为1.2kb/s～115kb/s。

它支持Text和PDU格式的SMS（ShortMessageService,短消息）,可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复。

TC35i由供电模块（ASIC）、闪存、ZIF连接器、天线接口等6部分组成。

作为TC35i的核心，基带处理器主要处理GSM终端内的语音和数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有模拟和数字功能。

在不需要额外硬件电路的前提下，可支持FR、HR和EFR语音信道编码。

4.1.1主要技术指标

　　TC35i主要特性与技术指标包括以下几点：

频段为双频GSM900MHz和GSMl800MHz（phase2/2+）；②支持数据、语音、短消息和传真；③高集成度（54.5mm×36mm×3.6mm）；④质量为9g；⑤电源电

压为单一电压3.3~4.8V；⑥可选波特率300bps~115kbps，动波特率4.8~115kbps；⑦电流消耗——休眠状态为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA（平均），2.5A峰值；⑧温度范围——正常操作-20℃~+55℃，存放-30℃~+85℃；⑨SIM电压为3V/1.8V。

TC35i有40个引脚，通过一个ZIF（ZeroInsertionForce，零阻力插座）连接器引出。

这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。

第1~14脚为电源部分：

1~5为电源电压输入端Vbatt+，6~10为电源地GND，11、12为充电引脚，13为对外输出电压（共外电路使用），14为ACCU-TEMP接负温度系数的热敏电阻。

24~29为SIM卡引脚，分别为CCIN、CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND。

33~40为语音接口，用来接电话手柄。

15、30、31和32脚为控制部分：

15为点火线IGT（Ignition），当TC35i通电后必须给IGT一个大于100ms低电平，模块才启动；30为RTCbackup，31为Powerdown，32为SYNC。

16~23为数据输入/输出，分别为DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。

TC35的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ITU-TRS232接口标准。

它有固定的参数：

8位数据位和1位停止位，无校验位，波特率在300bps~115kbps之间可选，硬件握手信号用RTS0/CTS0，软件流量控制用XON/XOFF，CMOS电平，支持标准的AT命令集。

4.1.2模块中与SMS有关的GSMAT指令介绍

GSM引擎模块提供的命令接口符合GSM07.05和GSM07.07规范。

GSM07.07中定义的ATCommand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；GSM07.05对短消息作了详细的规定。

在短消息模块收到网络发来的短消息时，能够通过串口发送指示消息，数据终端设备可以向GSM模块发送各种命令。

与SMS有关的GSMAT指令如表1所列。

GSMAT指令集，是由诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP等厂家共同为GSM系统研制的，其中包含了对SMS（ShortMessageService）的控制。

表4-1与SMS相关的若干GSMAT指令

AT指令

功　　　能

AT+CMGC

SendanSMScommand（发出一条短消息命令）

AT+CMGD

DeleteSMSmessage（删除SIM卡内存的短消息）

AT+CMGF

SelectSMSmessageformat（选择短消息信息格式：

0-PDU；1-文本）

AT+CMGL

ListSMSmessagefrompreferredstore（列出SIM卡中的短消息信息格式PDU/text:

0/"RECUNREAD"为未读，1/“RECREAD”为已读，2/“STOUNSENT”为待发，3/“STOSENT”为已发，4/“ALL”为全部的）

AT+CMGR

ReadSMSmessage（读短消息）

AT+CMGS

SendSMSmessage（发送短消息）

AT+CMGW

WriteSMSmessagetomemory（向SIM内存中写入待发的短消息）

AT+CMGS

SendSMSmessagefromstorage（从SIM内存中发送短消息）

AT+CNMI

NewSMSmessageindication（显示新收到的短消息）

AT+CPMS

PreferredSMSmessagestorage（选择短消息内存）

AT+CSCA

SMSservicecenteraddress（短消息中心地址）

AT+CSCB

Selectcellbroadcastmessagemessages（选择蜂窝广播消息）

AT+CSMP

SetSMStextmodeparameters（设置短消息文本模式参数）

AT+CSMP

SelectMessageService（选择短消息服务）

4.1.3PDU编码规则

目前，发送短消息常用Text和PDU（ProtocolDataUnit，协议数据单元）模式。

使用Text模式收发短信代码简单，实现起来十分容易，但最大的缺点是不能收发中文短信；而PDU模式不仅支持中文短信，也能发送英文短信。

PDU模式收发短信可以使用3种编码：

7-bit、8-bit和UCS2编码。

7-bit编码用于发送普通的ASCII字符，8-bit编码通常用于发送数据消息，UCS2编码用于发送Unicode字符。

一般的PDU编码由ABCDEFGHIJKLM十三项组成。

A：

短信息中心地址长度，2位十六进制数（1字节）。

B：

短信息中心号码类型，2位十六进制数。

C：

短信息中心号码，B+C的长度将由A中的数据决定。

D：

文件头字节，2位十六进制数。

E：

信息类型，2位十六进制数。

F：

被叫号码长度，2位十六进制数。

G：

被叫号码类型，2位十六进制数，取值同B。

H：

被叫号码，长度由F中的数据决定。

I：

协议标识，2位十六进制数。

J：

数据编码方案，2位十六进制数。

K：

有效期，2位十六进制数。

L：

用户数据长度，2位十六进制数。

M：

用户数据，其长度由L中的数据决定。

J中设定采用UCS2编码，这里是中英文的Unicode字符。

4.2C8051F320的介绍

Cygnal公司的C8051F系列单片机是集成的混合信号片上系统SoC。

它具有与MCS-51内核及指令集完全兼容的微控制器，带有USB收发器，完全遵循USB协议2.0，支持12Mbps的全速传输或1.5Mbps的低速传输，可时钟恢复，不需额外的晶振（当然根据设计习惯，也可以采用外部晶振），提供有8个端点（endpoint），且每个端点的传输类型、传输方向均可自由配置。

另外，它还集成有1KB的USBSRAM和USB收发器，内置的16KB的Flash存储器和256B的内部RAM，还可以访问外部数据存储器RAM，即XRAM。

它还可以为固件提供足够的存储空间，不需要再扩展外部存储器。

更重要的是C8051F320内部包含有一个C2（Cygnal2-Wire）调试电路，通过2脚的C2接口使用开发套件，就可以进行非侵入式、全速的在系统调试。

另外，这2脚是公用的，它还有其他的功能，这样设计PCB板就相对简单些。

C8051F020系列器件与MCS-51指令集完全兼容，可以使用标准803X/805X的汇编器和编译器进行软件开发。

CIP-51内核具有标准8052的所有外设部件，包括5个16位的计数器/定时器、2个全双工UART、256字节内部RAM、128字节特殊功能寄存器（SFR）地址空间及8/4个字节宽的I/O口。

CIP-51采用流水线结构，与标准的8051结构相比，指令执行速度有很大的提高。

70%指令的执行时间为1或2个系统时钟周期，只有4条指令的执行时间大于4个系统时钟周期。

CIP-51工作在最大系统时钟频率25MHz时，峰值速度达到25MIPS。

该系列的MCU具有标准8051端口（0、1、2和3）和4个附加的端口（4、5、6和7），因此共64个I/O口。

每个I/O引脚都可以被配置为推挽或漏极开路输出。

在标准8051中固定的“弱上拉”可以被总体禁止。

这为低功耗应用提供了进一步节电的能力。

最独特的改进是引入了数字交叉开关。

这是一个大的数字开关网络，允许将内部数字资源映射到P0、P1、P2和P3的端口I/O引脚。

与具有标准复用数字I/O的微控制器不同，这种结构可以支持所有的功能组合。

　　可以通过设置交叉开关控制寄存器，将片内的计数器/定时器、串行总线、硬件中断、ADC转换启动输入、比较器输出以及微控制器内部的其它数字信号，配置为出现在端口的I/O引脚。

这一特性允许用户根据自己的特定应用选择通用I/O和所需数字资源的组合。

第5章软件设计

GSM（GlobalSystemforMobilecommunication）系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中，比较成熟完善，且应用最广泛的一种系统。

目前已建成的覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，是我国公众移动通信网的主要方式。

基于GSM的短信信息服务，是一种在移动网络上传送简短信息的无线应用，是一种信息在移动网络上存储和转寄的过程。

由于公众GSM网络在全球范围内实现了联网和漫游，建议上述系统不需再组建专用通信网络，所以具有实时传输数据功能的短信应用将得到迅速普及。

笔者开发设计的基于GSM网络的温度数据采集与无线传输系统正是借助该网络平台，利用短信息业务实现数据的自动双向传递。

系统模型图如图1所示。

本系统由数据采集部分、数据接收和发送部分、终端处理部分三个模块组成。

数据采集模块将采集到的温度数据存入存储器中。

数据收发模块采用双单片机共用E2RPOM的方式，单片机2控制数据从存储器转存入E2PROM中；单片机1负责将数据从E2PROM中读出，并经GSM模块2借助GSM网络将数据发送出去。

单片机1不仅控制数据的发送，也控制数据的接收。

在这里，E2PROM是温度数据临时存储和上传的中转站。

终端处理模块负责将接收到的数据交给计算机处理，并将处理后的结果存放到数据库中，以供查询。

当终端处理模块需要向GSM模块2发送控制命令时，GSM

图5-1系统模块图

模块2接收过程正好与上述过程相反，从而实现数据的自动双向传递。

（标注：

E2PROM：

只读存储器MSC1210：

新型SoC模拟信号处理单片机）

　　系统中，三个模块相互独立，彼此又相互依赖，共同完成数据的传输。

数据收发模块在系统中起着承上启下的作用，是系统的核心模块。

该模块以双单片机为核心，以RS232通信接口，在物理层上实现与GSM模块的连接。

由于篇幅的限制，本文主要介绍单片机控制这一模块工作的软件实现过程，旨在对怎样用单片机控制GSM模块收发短信息进行探讨。

5.1GSM模块MZ28

MZ28是中兴通讯推出的GSM无线双频调制解调器，主要为语音传输、短信发送和数据业务提供无线接口。

MZ28集成了完整的射频电路和GSM的基带处理器，特别适合于迅速开发基于GSM无线网络的无线应用产品。

带有人机接口（MMI）界面的应用产品内部与MZ28的通信可通过标准的串行接口（RS232）进行。

MZ28使用简单的2