基于嵌入式无线CPU 短信通信终端系统的设计

1. 引言

　　当前单片机和PC 机通过串行接口构成的多微机系统已经广泛应用于工业控制、环境监测等场合,这些系统大多采用RS - 232、RS - 485 或是有线modem的通信方式, 虽然很经济适用, 但是有线数据传输方式很大程度上限制了其使用的场合, 使得架设通信线路比较困难的地区无法应用。针对这种情况, 本文利用支持语音、短消息SMS ( ShortM es.sage Service)、数据通信、传真等业务的嵌入式无线CPU, 结合已有的单片机系统通过RS- 232接口连接嵌入式无线CPU, 从而利用GSM网络实现数据的无线传输。嵌入式无线CPU 在短信息方面的应用具有永远在线、不需拨号、价格便宜、覆盖范围广等特点, 特别适用于需频繁传送小流量数据的应用, 实现无线数据的双向传送。对软件和硬件加以改动还可以实现数据采集系统、GPS /GSM ( SMS)移动车辆监控定位系统、移动POS机、移动收费系统、移动性数据和Internet接入、机房监控、远程维护系统、移动性数据查询证券交易和信息查询系统、无线远程检测和控制等。

　　2. 系统硬件设计

　　本设计选用的是西门子TC35i嵌入式无线CPU。TC35i是西门子为适应各个专业领域对无线数据传输、语音传输及可开发性的需求推出的基于GSM 900移动通信网络系统的OEM 模块, TC35 i与GSM 2 /2+ 兼容、双频( GSM900 /GSM1800) , RS232数据口、符合ETS I标准GSM07. 07和GSM07. 05 、提供标准的AT 命令接口。MCU 采用CygnalC8051F020单片机。

　　基于TC35i嵌入式无线CPU 应用系统硬件的设计包括TC35 i的IGT电路、稳压电源电路、SYNC /S IM 卡指示灯电路、C8051F020 与TC35 i相连的串行口电路、C8051F020与PC 机的串行接口等几部分的设计, 应用系统硬件框图如图1 所示。其中TC35 i的IGT电路和C8051F020与PC 机的串行接口电路的设计需特别注意。

图1. 应用系统硬件框图

　　2. 1. TC35 i的IGT电路的设计

　　对于TC35 i模块的控制, IGT 信号非常的重要,只有正确的IGT信号才可以使TC35 i模块正常的运行, 模块工作时序如图2所示。

图2. TC35 i模块工作时序

　　启动电路由开漏极三极管和上电复位电路组成。模块上电10m s后(电压须大于3V ) , 为保证整个系统正常启动, 要求在电源加电时GT 必须在保持大于100毫秒的低电平后再阶跃到高电平。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lms。启动后15脚的信号应保持高电平。电源通电后, + 5V电源通过电阻R 对C 充电, 使电容正极上的电压慢慢上升, 大约经过100ms达到高电位使施密特触发器翻转、使系统被复位。电路设计如图3所示。

图3. TC35i的IGT电路

　　2. 2. C8051F020与PC 机的串口电路的设计

　　串行接口E IA - RS- 232C 标准对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定, RS- 232- C采用负逻辑规定逻辑电平。RS- 232C 不能和单片机的TTL电平( TTL 以高低电平表示逻辑状态)直接相连, 否则将使TTL 电路烧坏。本设计中C8051F020与PC 机的串行接口数据通信电路以SP3223E 芯片为核心, 实现电平转换及串口通信功能。SP3223E 芯片供电电压为3~ 5. 5V , 符合TIA /E IA - 232- F和ITUV. 28 /V. 24 标准。兼容5V 逻辑输入, 内含2路接收、2路发送串行通信接口, 数据传输速率可达240 kbit/ s。具有低功耗、高数据速率、增强型ESD保护等特性。增强型ESD结构为所有发送器输出和接收器输入提供保护, 可承受?

　　15kV IEC 1000- 4- 2气隙放电、? 8kV IEC 1000-4- 2接触放电和? 15kV 人体放电模式。芯片的最大特点是, 在串行口无数据输入的情况下, 可以灵活的进行电源管理, 即当ONLINE 为低电平、SHUT.

　　DOWN 为高电平时, ON - LINE 功能有效。在正常运行模式下, 若芯片在接收引脚没有检测到有效信号, 将自动进入SHUTDOWN 模式, 此时耗电luA。

　　在ON - LINE 功能有效时, 如果检测到接收或发送引脚有信号输入, 该芯片自动被激活, 转入正常工作状态。电路设计如图4所示。

图4. C8051F020与PC 机的串口电路

3. 系统软件设计

　　软件的编写分为底层驱动程序和应用层程序。

为了方便软件编程, 需要针对硬件编写一些底层驱动程序。首先是串行口的驱动函数: 打开串口( OpenComm )、关闭串口( C loseComm )、读串口数据( fteADComm)、写串口数据(W riteComm) 等, 本系统中通过控件MSCCOMM 来完成。然后在这些串口函数的基础上编写TC35i的驱动函数。单片机通过串行口控制TC35i，控制方法采用标准的AT 命令集。在进行短消息的发送时, 还要对用户数据按PDU 格式进行编码, 函数分别为Encode和Decode,在此基础之上再编写应用层程序。这些底层的驱动函数