无线传输技术及应用.docx

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无线传输技术及应用

无线传输技术及应用

本选修课根据社会的实际需要，无线传输技术远程操作方便的特点，选择了TC35i无线传输方案。

一．课题用途：

在工业方面：

操作员用手机和电脑远距离监测、操作和控制工厂的设备。

在农业方面：

进行植物生长发育的远程控制。

在生活方面：

进行远程的LED宣传语控制。

二．课题方案：

用传感器接收要测的数据，传到单片机上，通过TC35i通信模块传输数据到操作人员的手机或者电脑上，操作人员也可以通过现场的上位机进行监测和操作。

三.无线通信模块：

3.1TC35I介绍

TC35i新版西门子工业GSM模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块,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。

TC35i模块工作在EGSM900和GSM1800双频段,电源范围为直流3.3～4.8V,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；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。

SIM电压为3V/1.8V，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命令或中断信号实现重启和故障恢复。

其内部结构如图所示：

TC35i模块内部结构图

3.2TC35i硬件设计

1.发射端

发射端的模块TC35i模块有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。

TC35i的第1～5引脚是正电源输入脚采用+4.2V，第6～10引脚是电源地。

15脚是启动脚IGT，它与89C51的P1.3口相接，给IGT加一个大于100ms的低脉冲,使TC35i进入工作状态。

18脚RxD0通过2.2K电阻隔离和单片机的第11脚TXD相连；19脚TxD0为TTL的串口通讯脚，通过2.2K电阻隔离和单片机的第10脚RXD相连。

TC35i使用外接式SIM卡,24～29为SIM卡引脚，SIM卡同TC35i是这样连接的:

SIM上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND通过SIM卡阅读器与TC35i的同名端直接相连，ZIF连接座的CCIN引脚用来检测SIM卡是否插好，如果连接正确，则CCIN引脚输出高电平，否则为低电平。

TC35i的第32脚SYNC引脚有两种工作模式，一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示TC35i的工作状态，可用AT命令AT+SYNC进行切换。

本模块32脚与单片机的P1.2脚连接，使用的是后一种工作状态。

其电路图如图所示：

TC35i与89C51的接线图

该设计中有三个难点，即TC35i的启动问题，电源问题，SIM卡问题，电平转换问题。

在TC35i的启动电路中，必须满足下图所示的电平关系，而在一般的的设计中采用施密特触发器等延时一段时间。

在给高电平，以达到启动TC35i

的目的，电路结构复杂，稳定

性差，本设计中采用单片机的P1.3，利用单片机的延时，启动TC35i,结构简单，性能稳定。

TC35i启动电路中的电平关系

2.电源部分

电源采用开关型高性能微波电路专用芯片LM2941CS，左边第一引脚是电压调整端，提供1.28V的基准电压，可以通过两个电阻的分压比灵活改变输出电压，本设计采用4.2V电压。

第二引脚是控制端，高电平时关闭模块，低电平时模块正常工作，第三脚是地，第四脚是电压输入端，第五脚是电压输出端。

图4-4LM2941CS实物图

3.SIM卡电路

SIM卡电路如下图4-5所示：

0.1uF0.1uF1uF

SIM

VCCRSTCLKGNDVPPI/O

图4-5SIM卡电路图

4.电平转换部分

TC35i的数据通信电路主要完成短消息收发、与单片机通信、软件流控制等功能。

由于TC35i采用5V供电，单片机是用3.3V供电，要考虑俩者间的电平关系。

本课程采用串电阻的方法解决电平转换问题。

4.1短消息部分

SMS（ShortMessageServie）短信息服务是GSM系统中提供的一种GSM端（手机）之间，通过服务中心（ServiCeCenter）进行文本信息收发的应用服务，服务中心完成信息的存储和转发功能。

GSM模块是传统调制解调器与GSM无线移动通信系统相结合的一种数据终端，因此也叫无线调制解调器。

GSM模块网络传输部分由于GSM网络在全国范围内实现了联网和漫游，具有网络能力强的特点，无需另外组网，在极大提高网络覆盖范围的同时为客户节省了昂贵建网费用和维护费用。

利用GSM短信息系统进行无线通信还具有双向数据传输功能，性能稳定，为远程数据传送和监控设备的通信提供了一个强大的支持平台。

TC35i通信模块具备GSM无线通信的全部功能，并提供标准的UART串行接口，支持GSM07.05所定义的AT命令集的指令。

因此，MCU能够非常方便地通过UART接口与GSM模块连接，并直接使用AT命令就可以方便简洁地实现短信息的收发、查寻和管理。

1.短消息定义

短消息业务分为两种:

一种是点对点短消息（SMS一PP），在用户之间传送信息;另一种是小区广播短消息（SMS一CB），类似于现在的寻呼，定期在一定的区域内重复广播交通流量、天气状况等信息。

不同于寻呼机的是短消息是一种双向通信，GSM系统提供的短消息业务可以让网络端知道被叫方

是否收到所发的消息;如果传送失败，被叫方没有回答确认消息，网络会保留所传的消息，一旦网络发现被叫方能够被叫通时，就可以重发消息以确保被叫方能够收到，而且主叫方还能够知道发送是否成功。

短消息通信仅限于一个消息，换言之，一个消息的传输就构成了一次通信。

因此，业务是非对称的，一般认为移动起始短消息传输与移动终接短报文传输是两回事。

这并不阻碍实时对话，但系统认为不同的消息彼此独立，消息的传输总是由处于GSM外部的短消息服务中心（SMSC）进行中继，消息有目的地或起源地但只与用户和SMSC有关，而与其他GSM基础设施无关。

短消息提供了一种小数据量（不大于140个GSM短消息功能字节十六进制数）低成本、高可靠性的方便快捷通信方式。

它是利用GSM系统通信令信道的空闲带宽，在电话拨号的同时，把消息发送到GSM的基站，再由短信中心处理存储发送到接收方。

发送方不须等待接收方准备就绪，只要和基站联络好即可发送短信，基站收到后会自动与发送方确认，再发送给接收方确认，发送短消息的费用很低。

正常情况下完成一次短信的发送时间大约20秒，但短信中心在向下发送时如遇基站忙，将把短信推后发送，头一次是几分钟，越往后推迟时间越长，短消息能否成功发送还与终端所在地信号场强有关。

GSM通过话路在需要传输大量数据时

十分适用，通过申请数据传输功能，可采用终端接GSM手机，中心可用普通电话机，一半是无线一半是有线的方式。

2.短消息的体系结构

GSM标准中定义的点一点短消息服务使得短消息能在移动台和短消息服务中心之间传递。

这些服务中心是通过称为SMS右MSC的特定MSC同GSM网络联系的。

涉及的SMS管理协议图所示。

涉及SMS管理协议图

3.发送短消息的GS初7系列协议简介目前SMS协议的最新版本是GSM07系列协议，它规定了短消息传送的信道分配、编码规则、标准AT指令集等内容。

短消息业务与话音传输及传真一样同为GSM数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务，在GSM07协议中规定它通过无线控制信道进行传输，经短消息业务中心完成存储和前转功能，每个短消息的信息量限制为140个八位组（7比特编码，

160个字符）。

传送短消息业务的控制信道为专用控制信道（DCCH）。

DCCH为点对点双向控制信道，包括独立专用控制信道（SDCCH）、快速随路控制信道（FACCH）和慢速随路控制信道（SACCH）。

短消息业务的传送在独立专用控制信道（SoccH）或慢速随路控制信道（sACCH）进行，具体是在soccH还是sAccH上传，这取决于业务信道（TCH）的使用。

①当TCH未分配时，短消息在SDCCH上传;

②如果短消息在SDCCH上处理是分配了TcH，短消息传递将停止并继续在TcH随路的sACCH上进行;

③如果当短消息到达时，TCH已分配，则短消息在随路SACCH上传递;

④当采用TCH的实体结束其处理时，无线资源管理（RR）子层可选择在SACCH继续进行短消息传递或将它转至SDCCH。

通过以上SMS原理可以看出，SMS作为GSN网络的一种主要电信业务，它的传递是可靠的，为基于它的各类新业务的开发打下了坚实的基础。

用于短消息的AT指令如表所示。

用于短消息的AT指令

4.2接收端

接收端采用工业集成GSM模块，接收短信。

当LED熄灭时,表明TC35i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TC35i正在进行网络登录；当LED为75ms亮/3s熄时，表明TC35i已登录进网络，处于待机状态。

此时可进行正常工作。

4.3终端处理部分

PC机采用VC++6.0实现MODEM通信。

计算机与Modem是通过RS-232异步串行口相连接的,其中计算机是数据终端设备,Modem是数据通信设备。

RS-232标准是美国电子工业协会制定的专门为连接数据终端设备与数据通信设备制定的串行接口标准。

MicrosoftCommunicationsControl（以下简称MSComm）是Microsoft公司提供的简化Windows下串行通信编程的ActiveX控件。

本软件采用MSComm控件事件驱动法从串行端口获取数据。

Modem通信步骤如下:

1.设置串口参数,打开通信端口，

2.Modem初始化，

3.拨号建立链路,执行握手协议，

4.电话线接通,数据传输，

5.挂机,拆除链路。

监控子系统的主要工作是发送遥控指令、接收数据信息、进行数据处理等。

监控中心接收到数据采集子系统发送的数据后，由监控计算机进行存储等处理,系统中的无线通信子系统是以GSM手机模块TC35i为核心，依靠GSM网络平台，完成SMS信息的发送与接收。

整个系统的工作过程如下：

监控子系统通过GSM模块对数据采集子系统发送指令，发送指令编码在短消息中；数据采集子系统接收到监控PC的短消息后，通过对短消息解码，提取控制命令，执行相应的操作，然后把操作结果编码成短消息串并传回监控子系统；监控子系统接收数据采集子系统发回来的短消息并经过解码后就可以得到所采集的数据。

4.4MAX232芯片

为了与单片机进行通信，需要加上电平转换电路。

MAX232芯片是MAXIM公司生产的、包含两路接收器和驱动器的IC芯片，其内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电压变换成为RS-232C输出电平所需的10V电压。

所以，采用此芯片接口的串行通信系统只需单一的+5V电源就可以了。

MAX232芯片内部有两路电平转换电路。

实际应用中，可从两路发送接收器中任选一路作为接口，但要注意其发送和

接收的引脚必须对应。

引脚T1in或T2in可直接接TTL/CMOS电平的单片机的串行发送端TXD；R1out或R2out可直接接TTL/CMOS电平的单片机的串行接受端RXD；T1out或T2out可直接接PC机的RS-232串行口的接收端RXD；R1in或R2in可直接接PC机的RS-232串行口的发送端TXD.

计算机的RS-232接口是通过计算机后面的9芯插座或25或D型插座引出的。

RS-232接口各信号的功能如所示。

RS-232接口各信号的功能

对于本设计，MAX232的R1out与TC35i的第18引脚RXD0相连，R1in与TC35i的第19引脚TXD0相连，MAX232的T1in与89C51的TXD相连，MAX232的R1out与89C51的RXD相连。

实验心得：

由于本课题选择的无限传输模式，当GSM基站的通信令信道的空闲带宽比较忙时，导致控制信息和状态检测信息无法快速的发到操作员手中。

所以，在操作现场，我们也必须有台计算机进行操作，保证远程控制不工作时，近程控制工作，达到远程和近程共同协作完成工作任务。