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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。
1 系统的结构特点和主要器件
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GSMU AT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。该终端具有随机收发,实时接收,立即回复,成本低等特性。
图1 系统框图
1.1 TC35i模块的介绍
目前,国内常用的GSM模块有Waecome的WMO2、爱立信的DM10/DM20系列、中兴的ZXGM18系列和西门子公司的TC35i，这些模块各有所长。其中西门子公司的TC35i系列模块性价比高，并且已经有国内的无线电设备入网证。本设计就是选用西门子公司的TC35i。
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3.3～5.5 V ,可传输语音和数据信号, 功耗在EGSM900 (4 类) 和GSM1800 (1 类) 分别为2 W和1 W ,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300 b/s～115 kb/s , 自动波特率为1.2 kb/s～115 kb/s。它支持Text和PDU 格式的SMS (Short Message Service,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。
1.2 C8051F320的介绍
USB的特点是统一了周边所有装置的连接口，各种不同的插头、插座都设计为统一规格，这就解决了哪一个装置插头要接在哪个连接口的问题。USB总线接口作为外设的通用接口，有其他接口无法比拟的优势。速度性能是USB技术的突出特点，它支持热插拔，是真正的即插即用设备，支持双向、同步传输，能保证某些需要连接数据流的设备需要。在进行该USB设备开发之前，首先要根据具体使用要求选择合适的USB控制器。现在市场上供应的USB控制器主要有两种：带USB接口的单片机（MCU）或纯粹的USB接口芯片。笔者选用Cygnal公司的C8051F320芯片属于前者。
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12 Mbps的全速传输或1.5 Mbps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1 KB的USB SRAM和USB收发器，内置的16 KB的Flash存储器和256 B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。
2 硬件系统电路设计
本系统采用Cygnal C8051F320作为控制主芯片。Cygnal C8051F为兼容MCS-51内核的单片机,内置8 KB Flash,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2 稳压电源电路
2.1 稳压电源电路
最小系统工作电压为5 V DC。由于TC35i 模块的突发耗电电流峰值可达3 A,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12 V到5 V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5 V电平，输出为整个单片机系统提供+3.3 V工作电压，连到ZIF连接器的1~5引脚，为TC35i提供＋5 V、500 mA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。
2.2 IGT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100 ms 的低脉冲,电平下降持续时间不可超过1 ms。驱动IGT时，TC35i 供电电压不能低于3.3 V ,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100 ms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1 ms。启动后，IGT脚的信号应保持高电平。电源通电后，+5 V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100 ms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(3.3 V) 。 |
