基于GSM模塊TC35i的SMS短消息電路設計

　　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。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O.1μF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TXD-0，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TXD-O，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600 ms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(subscribet 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GSMll.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.O 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S-IM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。

　　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。

　　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.O 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。

　　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。

　　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。

　　3.2 SMS消息的發送與接收

　　SMS消息的發送一般采用PDU(protocol dataunit)模式，如圖5所示。

　　在消息發送前，要將消息中韻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。

　　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Unieode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：