基于TC35i GSM模塊的SMS設計和應用

摘 要:隨著通信事業的發展，基于GSM的移動終端應用已日益廣泛。在研究Siemens公司生產的TC35i GSM模塊的基礎上，給出一種由TC35i構成的移動終端硬件電路設計和SMS編碼方法，包括構成終端的數據通信電路、SIM卡電路、電源及啟動電路，并探討了在設計過程中遇到的問題和解決的方法。該設計可以完成短消息的收發，與PC機進行數據傳輸等功能。已成功應用在基于GPS和GSM網絡的新型汽車防盜系統中。關鍵詞:GSM模塊; TC35i; AT指令; SMS; 消息編碼

中圖分類號:TN911-34; TP391 文獻標識碼:A 文章編號:1004-373X(2010)16-0157-03

Design and Application of SMS Based on TC35i GSM Module

HE Guang-yu， LI Tai-quan

(School of Physical Science and Technology， Yangtze University， Jingzhou 434023， China)

Abstract: With the development of communications， the application of mobile terminal based on GSM becomes increasingly wide. The hardware circuit design and SMS coding method of TC35i-based mobile terminals (compised of data communication circuit， SIM card circuit and power supply circuit) are presented based on the reseach of TC35i module produced by Siemens. The problems encountered in the design process and their solutions are investigated. This design can achieve the transceiving of short messages， data transmission with computers and other functions. It has been successfully applied to the new type of car security system based on GPS And GSM Network.

Keywords: GSM module; TC35i; AT command; SMS; message encoding

0 引 言

GSM(global system for mobile communications)全球移動網絡是目前覆蓋范圍最廣的移動通信網絡，SMS短消息服務是GSM終端之間通過服務中心進行文本信息收發的應用服務，SMS服務作為GSM網絡的一種基本業務，已經得到越來越多系統運營商和系統開發商的重視。SMS以其實現簡單，抗干擾能力強，強通信成本低等特點，在遠程無線監控系統、數據采集系統、遠程無線傳輸、車輛監控定位系統等領域中得到了廣泛的應用[1-6]。本文選用Siemens公司的GSM模塊TC35i，給出其應用方案、外圍電路設計及軟硬件實現。

1 TC35i模塊簡介

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現系統方案中的數據、語音傳輸、短消息服務(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、漫游檢測功能。

該模塊功能上與TC35兼容，且設計緊湊，體積大大縮小。通過40PIN的ZIF連接器，實現電源連接、指令、數據、語音信號、及控制信號的雙向傳輸。模塊集射頻電路與基帶于一體，其主要組成結構分為6個部分: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終端內的語音、數據信號，并涵蓋了蜂窩射頻設備中所有的模擬和數字功能。

2 硬件設計

2.1 數據通信電路

數據通信電路主要完成短消息收發，以及與PC 機通信、軟件流控制等功能。TC35i的數據接口采用串行異步收發，符合ITU-T RS 232接口電路標準，工作在CMOS 電平(2.65 V)。數據接口配置為8位數據位、1位停止位、無校驗位，波特率在300 b/s～115 Kb/s之間可選，默認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。

在數據通信電路中選用Sipex公司的SP3232芯片，實現電平轉換及串口通信功能。SP3232芯片供電電壓為3～5.5 V，符合TIA/EIA-232-F 和ITU v.28標準。該芯片的特性可以滿足TC35i作為移動終端的電路連接要求。在SP3232與ZIF連接器相應引腳連接時，要注意發送、接收引腳的連接正確。SP3232還需要連接 4個0.1 μF的電容配合，才能完成電平轉換功能。TC35i模塊的第16～23引腳為數據I/O口，分別為TXD0，RXD0，RTS0，CTS0，DTR0，DSR0，DCD0和RING0。通過RS 232接口各引腳的輸出信號有RXD0，CTS0，DSR0，DCD0，RING0，輸入信號為TXD0，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。信號RING0用來向蜂窩設備指示接收到的Unsolicited Result Code (URC)。通過AT指令，可以設置TC35i的不同運行模式。

TC35i能否正常通信，可通過SYNC引腳接LED指示燈觀察，當指示熄滅時，表明TC35i處于關閉或睡眠狀態;當LED為600ms亮/600 ms熄時，表明SIM卡沒有插入或TC35i正在進行網絡登錄;當LED為75 ms亮/3 s熄時，表明TC35i已登錄進網絡，處于待機狀態。

2.2 SIM卡電路

SIM(subscriber identity module)，即用戶識別卡，TC35i的基帶處理器集成了一個與ISO 7816-3 IC Card標準兼容的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GSM11.11 為SIM卡預留 5個引腳的基礎上，TC35i在ZIF連接器上為 SIM卡接口預留了6個引腳，所添加的CCIN引腳用來檢測SIM卡支架中是否插有SIM卡。當插入SIM卡，該引腳置為高電平，系統方可進入正常工作狀態。

SIM卡工作電壓為3.0 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，不作任何信號的隔離保護，則會導致進行語音通信時音量很小，十分不清晰，還可能導致模塊不能正常登陸網絡。考慮到設計中的電磁兼容和靜電保護等因素，為了達到最佳的通話效果，采用在SIM支架下，在印刷電路板的頂層敷設一層銅隔離網，該層敷銅與SIM卡的CCGND引腳相連，CCGND與電路板的GND之間通過兩個并聯的電容和電感耦合。此舉為SIM卡構成了一個隔離地，屏蔽了其他信號線對SIM卡的干擾。再進行語音通信時，話音清晰。

圖1 SIM卡接口電路

2.3 電源及啟動電路

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，休眠狀態電流消耗為3.5 mA， 空閑狀態為25 mA， 發射狀態平均為300 mA，瞬時值可能達到2 A，如圖2所示。在發射狀態，電源電壓瞬時壓降不能超過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VDDLP引腳(引腳編號為30)用于模塊掉電時實時時鐘的供電。

圖2 TC35i供電要求

在實際應用中一般有2種供電方案，一種是采用外接電源供電，需將電源電壓轉換為模塊所需電壓(推薦4.2 V)。可選用LM2941CS，它是開關型可調高性能微波電路專用穩壓芯片，通過外圍兩個電阻的分壓比能靈活改變輸出電壓，通過控制引腳可開啟/關閉電源模塊，如圖3所示;另一種是采用普通手機電池供電，電池電壓一般在3.6~4.0 V，可選用LM2577電源芯片。LM2577可將電池電壓(3.6~4.0 V)穩定在4.2 V左右，同時能輸出最大電流3 A，以保證峰值時的電流消耗，如圖4所示。

圖3 外接電源供電電路

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，必須在啟動引腳(IGT)時加長至少為100 ms的低電平信號，且該信號下降沿時間小于1 ms。啟動后，第15引腳的信號應保持高阻抗。啟動電路由開漏極晶體管和上電復位電路組成，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化電路。

圖4 手機電池供電電路

3 軟件設計

3.1 AT指令

TC35IGSM模塊提供的命令接口符合GSM07.05和GSM07.07規范。GSM07.07中定義的AT Command接口，提供了一種移動平臺與數據終端設備之間的通用接口。在短消息模塊收到網絡發來的短消息時，能夠通過串口向數據終端設備發送指示消息，數據終端設備可以使用GSM AT指令通過串口向GSM模塊發送各種命令。通過AT指令(見表1)，可以控制SMS消息的接收與發送。

表1 AT指令表

命令功能

AT+CMGD刪除短消息

AT+CMGF設置消息格式

AT+CMGL列出內存中的消息

AT+CMGR讀取短消息

AT+CMGS發送短消息

AT+CNMI設置消息提示

AT+CSCA設置消息中心地址

3.2 SMS消息的發送與接收

SMS消息的發送一般采用PDU(protocol data unit)模式，如圖5所示。

圖5 SMS消息發送過程

在消息發送前，要將消息中的ASCII字符及漢字統一編碼成UCS2碼，以PDU數據包的形式發送。接收到的數據是以7 b的編碼形式存儲在TC35i模塊或SIM卡內，在數據讀取時直接從TC35i模塊中得到符合GSM規范的數據，需經過提取得到7 b編碼的有用數據。然而，這些7 b編碼數據是以ASCII字符的形式存在的，要轉換成8位的十六進制形式的7 b編碼，再解碼成可用的ASCII碼數據，這樣得到GSM網絡發送來的原始數據，如圖6所示。

圖6 GSM Modem

3.3 PDU格式發送短信息

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構模式，代碼較為簡單，但不支持中文字符。PDU模式也是基于十六進制形式字符的，數據和代碼都經過編碼，所以無法直接讀懂;但PDU模式同時支持中英文兩種短信，PDU模式收發短信包括3種編碼:7位、8位和UCS2編碼。7位編碼用于發送普通的ASCII字符;8位編碼用于發送數據信息;UCS2編碼用于發送Unicode字符。一般的PDU編碼由A，B，C，D，E，F，G，H，I，J，K，L，M共13項組成。例如，發送“監控系統已開啟!”到用戶手機15826652893，對應用的數據編碼為:

“0891683108706105F011000D91685128662598F30008A71076D163A77CFB7EDF5DF25F00542FFF01”

編碼分析:

A:08--消息服務中心地址長度

B:91--消息服務中心號碼類型

C:683108706105F0--消息中心號碼

D:11--文件頭字節

E:00--信息類型

F:0D--目的地址長度

G:91--目的地址類型

H:685128662598F3--目的地址

I:00--協議標識

J:08--數據編碼方案

K:A7--有效期

L:10--用戶數據長度M:76D1 63A7 7CFB 7EDF 5DF2 5F00 542F FF01為用戶數據，Unicode字符(監控系統已開啟)。

4 應用實例

在TC35i應用過程中通常要結合微處理器或通過電平轉換直接與PC串口通信。因此給出一個由TC35i與AVR微處理器構成的GSM Modem實例。該GSM Modem已經使用于GPS汽車防盜系統中。

5 結 語

本設計已通過調試，并在實際應用中驗證了它的可行性。相信隨著通信事業的發展，移動通信應用領域不斷擴大，基于TC35i的移動終端將有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]周艷麗，魏宗壽.利用TC35i和PC機實現短消息的收發[J].現代電子技術，2007，30(24):188-190.

[2]馬玉春，孫冰，王建明.GSM模塊的綜合應用研究[J].計算機應用與軟件，2008，25(2):68-70.

[3]葉衛，胡俊達.基于TC35i GSM模塊的短消息收發系統設計[J].電子質量，2008(5):27-29.

[4]柏業超，楊波，張興敢.基于GSM模塊TC35的智能門控安防系統設計[J].電子測量技術，2008，31(1):130-132.

[5]田豐，敦旭鋒，孫小平，等.基于TC35的無線傳感器網絡遠程監控系統[J].計算機工程，2008，34(23):105-109.

[6]任鳳娟，鄭萍.基于TC35i的遠程直流電源監控系統[J].國外電子元器件，2008(4):32-35.

[7]趙立燕，許亮.基于GSM短消息的溫室環境監測系統[J].電子設計工程，2009，17(7):29-31.

[8]孫磊，陳新.基于TC35模塊的數據通信的實現及應用[J].中國數據通信，2005，7(5):72-76.

[9]連翔，張小軍.基于GSM模塊TC35i的機房溫度測控系統[J].電子工程師，2008，34(9):65-67.

[10]許倫輝，劉風磊，眭相林.基于TC35i公交站信息顯示系統設計[J].交通與計算機，2008，26(3):108-110.