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基于TC35i GSM模块的SMS设计分析
前 言
GSM(global system for mobiles 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。
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。
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 。
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。
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(见表1)，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，如图5所示。
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 。