短消息无线传输的研究

1、毕业设计（论文）题目名称：GSM短消息无线传输的研究年级：2003级本科专科学生学号：20035238学生姓名：邓轩指导教师：刘知贵学生单位：信息工程学院技术职称：教授学生专业：通信专业教师单位：信息工程学院西南科技大学教务处制GSM短消息无线传输的研究摘要：本文提出了利用现有GSM(Global System of Mobile Communication)网络的短消息业务实现远程通信的种种优势，并将这种方式应用于远程检测系统。整个系统以GSM网络作为远程信号的传输平台，对数据进行远程传输，数据的传输方式主要采用短消息方式和PDU编码模式。文中对GSM系统的组成和结构进行了详细的介绍，分析了

2、基于GSM网络的数据传输方式的原理和一些基本特性，并对GSM的主要AT指令和PDU编码方式进行了研究。在此基础上，对TC35i模块和MSP430F149单片机及其外围电路设计进行了论述，进而完成了数据传输的硬件部分电路设计；并且运用IAR公司为MSP430系列单片机开发的C430集成开发环境和C语言调试器作为程序开发工具，实现数据的远程无线传输，给出了整个系统的软件流程图和部分子程序流程图。最后提出了系统尚需解决的一些问题，并给出了一些可能解决这些问题的方法。关键词：GSM；短消息；PDU模式；AT指令；MSP430单片机Study in Wireless Communication Syst

3、em of GSMSMSAbstract：This paper presents variety advantages in long-distance communication by using short message service of GSM (Global System of Mobile Communication) network and applies this technique in remote monitoring system. In this system, GSM network is a medium for transmitting data whose

4、 mode is most SMS (Short Message Service) and PDU mode. First, the paper presents the constitution and structure of GSM, and analyses the principle of data transmitting mode based on GSM network. It presents the main AT command and PDU mode. In this paper, TC35i, microchip MSP430F149 MCU and periphe

5、ral circuitare introduced, and then the design of transmission circuit board is completed. Using C-language debugger and C430 integration developing environment that IAR designed forMSP430 single chip, the long-distance data communication is accomplished, and both the main program and the transmitti

6、ng subprogram flow sheets are provided also. At last, some problems which are need to solve and corresponding suggestion are presented.Keywords:GSM, SMS, PDU mode, AT command, MSP430 MCU目 录第1章绪 论11.1 课题背景11.2 国内外研究发展现状11.3 课题研究的发展前景21.4 课题的主要工作和论文结构安排3第2章 GSM网络基础知识及SMS通信原理42.1 GSM网络体系结构42.2 GSM短消息概述

7、52.3 GSM短消息的优点62.4 GSM短消息数据通信原理72.5 本章小结7第3章系统硬件设计83.1 系统方案的选择83.2 系统总体结构设计83.3 单片机MSP430F149结构概述及其外围电路设计93.3.1 单片机MSP430F149结构概述93.3.2 单片机MSP430F149的外围电路设计103.4 西门子TC35i模块介绍及其外围电路设计123.4.1 西门子TC35i模块介绍123.4.2 西门子TC35i外围电路设计133.5 电源电路153.6 串行通信163.6.1 串行通信概述163.6.2 串行通信接口RS-232173.6.3 串口通信电路183.7 本章

8、小结19第4章系统软件设计214.1 系统软件设计基础214.1.1 AT指令介绍214.1.2 短消息的编码方式224.2 系统软件设计244.2.1 主处理程序244.2.2 发送短消息程序264.3 本章小结27第5章系统调试285.1 系统硬件调试285.2 系统软件调试285.3 系统整体调试295.4 本章小结31结论32致谢33参考文献34附录136附录242附录348第1章 绪 论1.1 课题背景21世纪移动通信技术迅猛发展，移动通信网络遍布全球的各个角落，利用移动通信技术实现远程控制已经有着越来越广阔的理论和实践方面的研究价值，目前远程监测系统已经得到了广泛的应用，遍及国民经

9、济的很多领域，诸如石油开采中抽油井各种参数的远程监控，化工厂周围空气质量的远程监控等等。远程监控在人们的生产生活中发挥了越来越重要的作用。与此同时，随着人们生活水平的提高，人们对于提高健康水平的要求也日益迫切，远程医疗也从人们的想象渐渐变成了现实。如今许多突发性疾病具有较大的危害性，病症的表现具有很强的随机性，抢救的时效性要求高，为了应对这些情况，医疗监护仪必须跟上人们的需求。利用现有的GSM网络，将GSM短消息业务及时可靠的优势运用于生理参数监护仪上，实现基于GSM无线网络的远程医疗，可实时有效的将患者的生理参数发送至监护中心或医护人员的手机，与其他远程医疗相比具有更大的优势和更广阔的前景。

10、如能成功地将GSM短消息运用于生理参数监护仪，就能监测并及时正确地纪录生理参数，为临床诊断、及时治疗及护理提供了第一手资料和依据，也无须医生和患者来回奔波，使医务人员及时掌握病情，对进一步的医疗处理争取了更多的时间，意义十分重大。随着移动数字通信技术的发展和完善，基于GSM无线网络的远程医疗必将成为医疗发展的一个必然趋势，在人们的日常生活中起着举足轻重的作用。1.2 国内外研究发展现状目前，远程医疗是近几年来国内外医疗领域内一个重要研究方向。远程医疗监控系统最初是在军事中运用，用于监测军人的身体状况，国外早已对这方面进行了研究。它采用远程通信技术为远地对象提供医疗监控服务的系统，借助远程通信技

11、术和信息处理技术来实现。数字蜂窝网和远程医疗的结合是创建移动高效医疗系统的转折点，移动医疗系统在改善护理质量方面是一个强有力的工具。希腊研究出一种安装于救护车的监护系统，通过GSM网络与医院的监护中心取得联系，可随时监测患者生理参数，及时获得医生指导，争取抢救时间。2006年，瑞典移动设备生产厂商爱立信成功研制出无线网络患者医疗监视系统，并成功进行了临床测试，该系统使患者全身在各类仪器的严密监控下，脉搏、呼吸频率、血液中氧的饱和度、肌肉活性、心电图数值以及呼出气体中二氧化碳的含量等数据不断测出，通过单片机对各种数据进行采集，利用GSM模块通过移动通信网络将这些数据发送到医护人员的手机或者监护电

12、脑1。国内对远程医疗研究起步比较晚，但随着通讯技术的不断发展和人们对自身健康的要求，国内的各大研究院校已经将远程医疗监控作为主要发展课题。此外，我国有关远程医疗方面的研究大多是利计算机网络、无线局域网传用输医学图像或利用计算机网络进行远程会诊。1.3 课题研究的发展前景近几年，随着我国国民收入的增长，随着以汽车和住房为代表的消费品市场的火爆，标志着我国国民的消费水平进入了一个新的阶段。在此阶段，作为医疗器械重要成员的人体生理参数检测仪器已成为市场消费的热点之一，深受消费者的喜爱。医疗器械行业是知识密集、资金密集、多学科交叉、竞争挑战激烈的高科技产业，它是一个国家制造业和高科技尖端水平的标志之一

13、。21世纪初是世界生物医学工程技术和医疗器械产业发展的关键时期，在此期间创新能力将是医疗器械产业技术水平的表征。由于我国具有庞大的消费群体和政府的积极支持，我国医疗器械市场发展空间广阔。医疗器械是壁垒较高的行业，并且属于国家重点鼓励发展的行业。近年虽然全球整体经济不景气，但医疗器械行业仍然保持较高的增长速度。美国宏观经济几乎停滞，但医疗器械的增长率一直保持在9%左右。我国医疗器械产业近年一直保持在15%左右的高速增长。2003年上半年的一场“非典”疫情，尽管给整个社会的经济和生活带来了极大冲击，但对于医疗器械行业却似乎是一个难得的良机，很多与“非典”相关的医疗器械出现供不应求的场面。随着我国宏

14、观经济将进入另一个稳定增长周期，今后几年中国市场对医疗器械的需求将一直保持强劲势头。我国已成为世界上最大常规医疗器械市场，且对高技术医疗设备的需求也有巨大的潜力，我国一批高技术医疗设备企业开始成长起来，但跨国公司对中国市场的渗透也是有增无减。随着经济增长、科技进步、人民物质生活改善，卫生健康事业迅速发展，人们对医疗保健的需求大大提高，“入世”给中国医疗器械产业带来“挑战”的同时也带来了空前的机遇，医疗器械产业已经作为一个新的经济增长点展现在我们的面前。与此同时，远程医疗是现代医学领域的一大突破，是通讯科技与医疗技术结合的产物，它通常包括：远程诊断、信息服务、在线检查等几个主要部分，它以计算机和

15、网络通信为基础。远程医疗监控在医学专家和病人之间建立起全新的联系，使病人在原地、原医院即可接受远程专家的治疗与护理，从而节约病人大量的时间和金钱,在一定程度可以减少了病人的支出2。人民群众的生活水平也越来越高，对自我保健提出了更高的要求，而医疗资源的有限性使得建立远程医疗监控系统成为下一阶段医疗系统发展的必然趋势。1.4 课题的主要工作和论文结构安排本课题主要设计一种基于GSM网络的远程无线数据传输系统，并将该系统用于生理参数的远程无线监测系统中，将监测到的生理参数传输到远程监控中心，实现生理参数的远程实时监控。课题工作的主要内容包含以下几个方面：（1）通过查阅相关文献资料，了解远程监护在医疗

16、保健上的重要意义，并吸收国内外在此课题己经取得的研究经验成果。（2）了解TI公司的MSP430F149单片机工作原理及其外围电路设计，了解西门子公司GSM模块TC35i的工作方式，学习常见的AT指令和短消息编码。（3）根据第三方的集成开发环境IAR EW430嵌入式工作台，采用C430语言进行系统的软件设计。论文结构安排：第一章为绪论，主要介绍了课题的背景，远程医疗监测的国内外发展现状及前景，以及本课题的主要完成工作内容。第二章为GSM网络基础知识及SMS通信原理，主要介绍GSM网络的体系结构并详细讲述整个体系结构的四大子系统即移动台、基站子系统、网络和交换子系统、运行子系统，另外还将详细介绍

17、GSM短消息数据通信原理。第三章为系统的硬件设计部分。通过MSP430单片机对TC35i模块进行控制，运用GSM模块将单片机内存储的数据发送出去，在接受端利用单片机将接收到的短消息格式的数据还原传输前的格式，并在计算机上显示，从而实现收、发装置之间的远距离数据传输。第四章为系统的软件设计部分。首先讲述对于本系统很重要的软件设计基础常见 AT 指令及使用方法和短消息的编码方式。以及相关的主处理程序和短消息发送子程序。第2章 GSM网络基础知识及SMS通信原理2.1 GSM网络体系结构GSM全名为：Global System for Mobile Communications，中文为“全球移动通讯

18、系统”俗称“全球通”。它是1992年欧洲标准化委员会统一推出的标准，采用数字通信技术、统一的网络标准，使通信质量得以保证。GSM系统包括GSM900，GSM1800及GSM1900等几个频段，拥有防盗拷能力强、网络容量大、手机号码资源丰富、通话清晰、不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量低等特点。目前，随着GSM网络经过多年的发展，全球的GSM移动用户己经超过5亿，覆盖了1/12的人口，GSM技术在世界数字移动电话领域所占的比例己经超过70%。下面对 GSM 网的系统结构作简要介绍3。GSM网的总体结构由以下功能单元组成：（1） MS(移动台)。它包括 ME(移动设备)和 SIM(用户识

19、别模块)。根据业务的状况，移动设备可包括 MT(移动终端)、TAF(终端适配功能)和 TE(终端设备)等功能部件。（2）BTS(基站系统)。为一个小区服务的无线收发信设备。（3）BSC(基站控制器)。具有一个或多个 BTS 进行控制以及相应呼叫控制功能。BSC 以及相应的 BTS 组成了 BSS(基站子系统)。BSS 是在一定的无线覆盖区中，由 MSC 控制，与 MS 进行通信的系统设备。（4）MSC(移动业务交换中心)。对于位于管辖区域中的移动台进行控制、交换的功能实体。（5）VLR(拜访位置寄存器)。MSC 为所管辖区域中 MS 的呼叫接听所需检索信息的数据库，VLR 存储与呼叫处理有关的

20、一些数据，例如，用户号码、所处的位置识别、向用户提供的服务等参数。（6）HLR(归属位置寄存器)。管理部门用于移动用户管理的数据库。每个移动用户都应在其 HLR 注册登记。HLR 主要存储两类信息有关用户的参数和有关用户目前所处位置的信息。（7）EIR(设备识别寄存器)。存储有关移动台设备参数的数据库。主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能。（8）AUC(鉴权中心)。为认证移动用户的身份和产生相应的鉴权参数的功能实体。通常，HLR、AUC 合设在一个物理实体中，VLR、MSC 合设在一个物理实体中，MSC、VLR、HLR、AUC、EIR 也合设在一个物理实体中。MSC、VLR、HLR、AU

21、C、EIR 功能实体组成交换子系统(SSS)。（9）OMC(操作维护子中心)。操作维 护子系统中的各功能实体，根据厂家的实现方式可分为 OMC-R(无线子系统的操作维护中心)和 OMC-S(交换子系统的操作维护中心)，GSM 系统通过 MSC 实现与多种网络互通，包括PSIN、ISDN、PLMN 和 PSPDN。图2-1 GSM网络体系结构2.2 GSM短消息概述GSM 的短消息业务SMS（Short Message Service）与话音传输及传真一样同为GSM 数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务，它通过GSM通信网所特有的无线控制信道进行传输，经短消息业务中心完成存储和前转功能，每个短

22、消息的信息量限制为140个八位组（7 比特编码，160个字符）。传送短消息业务的控制信道为专用控制信道。它不用拨号建立连接，直接把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心，由短消息服务中心再发送给最终的信宿。这适于把每次采集到的数据随时发送到监控中心。短消息业务可以使网络端知道被叫方是否已经收到短消息，如果传送失败，被叫方没有回答确切消息，网络一侧会保留所传的消息，一旦网络发现被叫方能被叫通时，消息能被重发以确保被叫方能收到。因此短消息业务作为GSM网络的一种主要的电信业务，它的传递是可靠的4。短消息是GSM承载业务中唯一不要求建立端-端业务路径的业务，即使移动台已处于完全电路通信情况下仍可

23、进行短消息传输。在整个传输过程中，有呼叫连接建立和释放的过程。短消息中心具有短消息的存储功能，终端设备关机时，可以保持消息不丢失，与寻呼业务相比，传输的可靠性大为提高。利用短消息双向传输的性能，可以方便地实现对于各类电气设备的远程控制和信息采集，即实现遥控和遥测。2.3 GSM短消息的优点SMS的优点很明显，主要有：（1）收费低廉；对于消费者而言，资费始终是首要关心的问题。不管是长途还是本地，每发送一条短信息仅 0.1 元，而且接收免费。虽然话音业务的资费不断下调，但与部分地区还是双向收费本地、长途费用更高的话音业务相比，SMS 的价格优势不言而喻。（2）随时随地；短信息和电话不一样，打电话要

24、求接听方同时在另一端，而短信息用户可以随时随地发送短信息，不用担心对方是不是在服务区，因为短信息是采用存储转发方式存储在短信息中心，只要设置了对方的号码，就可以给对方发送短消息。（3）能够承载多种数据；短信息有 3 种模式：Block模式、PDU 模式和 Text模式。其中支持Block模式的厂商十分少。特别值得一提的是，通过 PDU 编码的短信息内容可以是文字、声音或图像。随着 SMS 的升级版本增强型短消息服务（EMS：Enhanced Message Service）和多媒体短信业务（MMS：Multimedia Message Service）的出现，短信息将能够支持更丰富多彩的数据。

25、（4）能够保障传输中的安全；短信息在发送之前，可以通过 STK 卡将信息加密后进行传输。在到达目的地后由接收者将信息解密，实现了点到点的信息安全保障5。基于SMS的上述优点，本文中所设计监控系统的数据传输就是通过SMS方式来实现的。基于GSM网络的远程无线监控系统借助公共GSM网络的SMS机制来传输数据。SMS使用GSM网络中的SS7信令信道来传输数据分组，该信令信道在大多数情况下处于空闲状态，可有效利用。在GSM网络工作正常的前提下，监控的实时性和准确性均可满足要求，与常规无线通信方法相比，无须架设天线，不占用专门频率，干扰小，误码率低，是一种值得推广的监控手段，该系统同时具有安装调试方便，

26、特别适用于分散和边远的监控对象的特点。2.4 GSM短消息数据通信原理短消息业务与语音传输及传真同为GSM数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务，它通过无线控制信道进行传输，经短消息服务中心完成存储和前转功能。短消息业务包括两类：一类是点到点的短消息，即由一个用户发给另一个用户少量的文字和数据信息；另一类是广播短消息，即由短消息广播中心收集用户所需的信息给用户。两种方式均可在网络暂时无法将短消息传给移动台的情况下，将信息在网上记录，当发现移动台可达时，通知相应实体重新传送短消息，因此，短消息具有很高的可靠性。基于电路交换的点到点短消息业务中所涉及的网络实体之间的协议：在电路交换GSM PLMN

27、（公共陆地移动网）中，移动台接入GSM PLMN是通过 MSC（移动交换中心）进行的。在移动被叫点到点短消息业务中，首先，短消息服务中心发送短消息给SMS-GMSC，SMS-GMSC通过询问 HLR获得目标MS所在的MSC号码，将短消息先转给MSC。MSC询问VLR中存放的用户相关信息，对用户进行鉴权后，将短消息传递给目标MS。然后，MS 返回报告给MSC；在移动主叫点到点的短消息业务中，用户请求接入通过鉴权后，将短消息传递给MSC6。通过以上的SMS工作原理可以看出，SMS作为GSM网络的一种主要的电信业务，其传递可靠性很高。GSM网络在全国乃至全球范围内实现了联网和漫游，相对于传统的集群系

28、统在无线覆盖面上具有无法比拟的优势，更加突出了它在无线数据传输方面的巨大优势，为基于它的各类数据传输业务的开发打下了坚实的基础。2.5 本章小结本章主要介绍了 GSM 网的结构、GSM 网的优点和短消息通信原理。展示了 GSM 网的整体概念，对 GSM 网络系统有了进一步的了解，理解了短消息的接收与发送过程，为利用 GSM 网的短消息功能实现远程监测奠定了基础。第3章 系统硬件设计3.1 系统方案的选择系统主要为了设计出一套短消息系统，用单片机控制无线通信模块从而实现短消息的发送。在单片机方面的选择是很多的，例如51系列单片机、AVR系列单片机或者凌阳系列单片机。但从多方面考虑，本设计最终选定

29、TI公司出品的MSP430F149单片机，主要有以下几点原因。首先，该系列单片机相比其他系列的单片机拥有更强大的处理能力，更低功耗。其次，目前已有一些基于其他单片机的短消息系统，如果本设计再采用其他的单片机实现短消息的发送，也就失去了毕业设计的意义。选择TC35i作为系统的无线通信模块，主要是因为其紧凑的设计和高性能的表现，具有标准的工业接口和完整的SIM卡阅读器，使用非常简单。而最重要的原因是，相比其他无线通信模块TC35i拥有更低廉的价格，使整个系统的成本能得到有效的降低。3.2 系统总体结构设计本系统集先进的GSM无线通信技术、单片机控制技术搭建了一种基于GSM 短消息的远程监测系统平台

30、。通过MSP430单片机对TC35i模块进行控制，运用GSM模块将单片机内存储的数据发送出去，在接收端利用单片机将接收到的短消息格式的数据还原传输前的格式，并在计算机上显示，从而实现收、发装置之间的远距离数据传输。生理参数采集单片机处理模块 GSM模块GSM网络 GSM模块监护中心PC图3-1 GSM短消息传输系统框图系统的硬件主要包括单片机MSP430F149及其外围电路，GSM无线通信模块TC35i及其外围电路。根据系统需要还设计了RS-232串口通信、电平转换、电源电路等几个功能单元。3.3 单片机MSP430F149结构概述及其外围电路设计单片机MSP430F149结构概述设计中，首先

31、由单片机对要传输的生理参数进行格式的转换，并对数据进行监测储存，当数据正常时，可设定一个固定的时间段对当前数据进行下一步传输，一旦数据异常，即被监护病人有危险时，就立即对数据进行传输，为及时治疗和护理争取时间。本设计中单片机采用的是美国TI公司生产的MSP430F149单片机，MSP430F149系列单片机是一个特别强调超低功耗性能的单片机品种。它适合应用在各种要求极低功耗的场合，具有一定的技术特点。在这个系列中有多个型号，它们由一些基本功能模块按不同的应用目标组合而成。其中 FLASH 型芯片又可分为几个分支，如11x、11x1、13x、14x等。它们都具有开发设备简便、可现场编程等特点。M

32、SP430系列采用存储器存储器结构，即用一个公共的空间对全部功能模块寻址，同时用精简指令组对全部功能模块进行操作7。图 3-2 是 MSP430F149系统结构图。图3-2 MSP430F149单片机的基本结构该系列单片机主要有以下几大特点：l 具有很低的供电电压。单片机的供电电压最低可以低到1.8V，单片机的供电电压范围是：1.8V3.6V。l 超低的功耗。这是目前其他单片机没有的特色。它在休眠的条件下工作的电流只有0.8uA，就是在2.2V、1MHz条件下工作的电流只有280uA。l 强大的处理能力。MSP430F149单片机为16位RSIC结构，具有丰富的寻址方式、简洁的指令、大量的寄存

33、器以及片内的数据存储器都可以参加多种运算，还有高效的查表处理方法，有较高的处理速度，在8MHz晶体下运算能力达到1MIPS（每秒运算100万条指令），是传统51单片机远远达不到的。l 串口通信模块：USART0、USART1。两个串口都可以通过软件选择设置成UART方式或者SPI方式，由于该系列单片机提供了两个串口，因此能为用户进行多机通信设计提供方便。l 片内提供较多的存储器。MSP430F149提供片内的FLASH为60KB，同时片内还提供较多的RAM，以便进行运算处理。l 代码保护功能。单片机的安全熔丝能对程序的代码进行保护，从而可以对知识产权进行保护。l 具有JTAG仿真调试接口，这样

34、非常便于软件的调试8。单片机MSP430F149的外围电路设计单片机电路作为整个系统的核心控制部分，主要是完成与TC35i模块的通信，与上位机进行通信。单片机与TC35i模块的通信采用单片机的串口0（UART0）实现，虽然单片机与TC35i模块的供电电压不同，但他们的接口电平可以直接接口，因此不需要进行电平转换。单片机与上位机通信通过单片机的串口1（UART1）实现，由于单片机与上位机的接口电平不一制，所以需要通过串口芯片SP3232E完成接口电平的转换。另外单片机还需要通过一个I/O管脚来控制TC35i模块的工作，在该管脚上输出低电平来使TC35i模块工作。整个系统的单片机电路相对来说十分简

35、单。下面给出具体的单片机电路图，如图3-3所示。图3-3 单片机的外围电路图由上图可以看出，单片机的接口电路非常简单。在单片机的时钟设计上与其他单片机有一定区别，MSP430F149单片机采用两个时钟输入，既一个32KHz的时钟信号，一个8MHz的时钟信号9。该系统的时钟部分都是采用晶体震荡器实现的。考虑到电源的输入纹波对单片机的影响，在电源的管脚增加一个0.1uF的电容来实现滤波，以减小输入端受到的干扰。在给定时间内所需要的滤波电容值为：(3-1)其中，系统的工作电压是3.3V，允许的波动为5%，功耗的值约为0.5W，系统需要在0.1us之内对电压变化做出反映，经过计算可以得出滤波电容的值应

36、该是0.1uF左右。另外单片机还有模拟电源的输入端，因此在这里需要考虑干扰问题，在该系统中的干扰比较小，因此模拟地和数字地共地，模拟电源输入端增加一个滤波电容以减小干扰。利用单片机的串口0与TC35i模块接口。为了控制单片机控制TC35i模块传输数据的时刻，利用单片机的一般I/O口P1.5来作为启动通信的按键，由于P1.5可以作为中断口使用，这里设计成芯片进行连接。另外单片机的P1.0作为输出口，与TC35i模块的/IGT管脚进行连接，实现控制TC35i模块的工作，当/IGT管脚输出高电平的时候，TC35i模块不工作；当/IGT管脚输出为低电平的时候，TC35i模块工作10。3.4 西门子TC

37、35i模块介绍及其外围电路设计西门子TC35i模块介绍TC35i是SIEMENS公司推出的GSM专用调制解调器，它设计小巧、功耗很低，TC35i与GSM2/2+兼容，双频（GSM900/GSM1800）、RS-232数据口，符合ETSI标准GSM0707和GSM0705，并且易于升级为GPRS模块。向用户提供了标准的AT命令接口，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(Short Message Service)和传真，方便用户设计。它可在GSM网中完成语音、数据呼叫、短消息以及传真的传送11。TC35i具有标准的工业接口和完整的SIM卡阅读器，因此使用非常简单。图3-4

38、是TC35i的结构框图。40针ZIF连接插槽天线连接器GSM无线装置内 存GSM基带处理器电源（集成电路）图3-4 TC35i的结构框图TC35i模块主要特性与技术指标：（1）频段为双频GSM900MHz和GSM1800MHz（2）支持数据、语音、短消息和传真（3）（4）可选波特率300bps115bps，动波特率4.8115kbps（5）（6）带一个RS-232接口（7）支持AT命令TC35i共有40个引脚，通过一个ZIF(Zero Insertion Force)连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制12。（1）电源管脚为114脚，其中15

39、为电源电压输入端Vbatt+，610为电源地GND，11、12充电引脚，13对外输出电压(供外电路使用)，14为ACCUTEMP接负温度系数的热敏电阻；（2）数据输入/输出管脚为1623脚，分别为DSR0、RING0、RXD0、TXD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0；（3）SIM卡引脚为2429脚，分别为CCIN、CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND；（4）音频接口为3340脚，用来接电话手柄，进行通话；（5）控制部分管脚为15、30、31和32脚，15为点火线IGT（Ignition），30为RTC backup，31为Power down，32为SYNC，当T

40、C35i通电后必须给IGT一个大于100ms低电平，模块才启动。西门子TC35i外围电路设计经过对TC35i模块的介绍，对TC35i模块已经有了深入的了解，因此设计它的接口电路就相对比较容易了。TC35i模块主要通过串口与单片机进行连接，从而单片机实现对TC35i模块的控制。虽然TC35i的串口提供了许多控制线，但由于考虑到设计借口的简单性，并且与单片机的UART进行连接，所以采用两线（TXD、RXD）连接13。对TC35i模块通信的控制可以通过软件来实现，采用软件实现控制具有使用比较灵活等特点，也能很好避免了过多的硬件信号的检测。对于TC35i的其他管脚在不使用的时候。如果该管脚为输出的话，

41、一般让管脚悬空，如果该管脚为输入管脚，需要将该管脚通过10k电阻上拉。另外由于/IGT管脚是控制通过单片机来控制TC35i模块的工作状态。在设计的时候需要考虑TC35i模块的电源管脚并连在一起。由于TC35i是一个功能完全的模块，因此这里不需要做任何信号处理和射频处理。另外TC35i模块还需要连接SIM卡座，这样才能实现一个完整独立的GSM终端。图3-5为TC35i模块的外围电路图。图3-5 TC35i的外围电路图由图3-5可以看出，TC35i接口电路设计简单。在进行串口设计时，虽然TC35i模块的串口管脚的工作电平是CMOS电平，单片机的串口管脚的工作电平TTL电平，但由于单片机的高电平和低

42、电平的逻辑判断电平可以实现与TC35i的管脚进行连接，因此TC35i模块的串口线直接与单片机的串口进行连接。对于TC35i模块的串口管脚中的DTR0和RTS0两个管脚为输入管脚，因此分别通过10k的电阻将这两个管脚拉高。/IGT为TC35i模块的工作状态控制管脚，该管脚首先通过一个10k电阻拉高，平时该管脚为高电平，处于不工作状态；另外该管脚还同时与单片机的一般I/O口进行连接，这样通过单片机来实现对TC35i模块的控制，当单片机向该管脚送低电平的时候，则TC35i模块工作。TC35i模块的SYNC管脚用来指示GSM模块的工作状态，连接一个指示灯来指示工作状态。TC35i模块的SIM卡座有6个

43、管脚，具体的实现电路如图3-6所示14。图3-6 SIM卡座电路图3.5 电源电路整个系统采用5V供电。除了TC35i117芯片实现。电源电路具体如图3-7所示。图3-7 电源电路图LM117是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。它的输出电压范围是1.2V 至37V，负载电流最大为。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。1，2脚之间为1.25V电压基准。为保证稳压器的输出性能，R1应小于240欧姆。改变R2阻值即可调整稳压电压值。二极管用于保护LM11715。输出电压调节换算公式如下：(3-2)设计中分别需要输出3.3V和3.5V的电压，R1选用200的电阻。LM117

44、内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。通常LM117 不需要外接电容，除非输入滤波电容到LM117 输入端的连线超过 6 英寸（约 15 厘米）。使用输出电容能改变瞬态响应。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。LM117 能够有许多特殊的用法。比如把调整端悬浮到一个较高的电压上，可以用来调节高达数百伏的电压，只要输入输出压差不超过LM117 的极限就行。当然还要避免输出端短路。还可以把调整端接到一个可编程电压上，实现可编程的电源输出。3.6 串行通信串行通信概述串行通信接口标准经过使用和发展，目前已经有多种。但都是在RS-232标准的基础上经过改进而形成的。RS-2

45、32-C标准是美国EISA与BELL等公司一起开发并于1969年公布的通信协议。它适合与数据传输速率在0-20000bit/s范围内的通信。远程工业协会（TIA）1997年发布了一个类似的标准V.28，这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能，电器特性都作了明确规定。由于通信设备厂商都生产与RS-232-C制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在微机通信接口中广泛采用，它不仅已被内置于每一台计算机，同时也被内置于从微控制器到主机的多种类型的计算机及其相连接的设备。RS-232常用于连接到一个Modem，其他拥有RS-232接口的设备包括打印机，数据采集模块，测试装置和控制回路1

46、6。另外，RS-232也可以直接应用于任何类型的计算机之间的简单连接上。RS-232有几个优点：l RS-232应用广泛。每台PC都有一个或多个RS-232端口。更新的计算机现在支持其它诸如USB这样的串行接口，但是RS-232 可以做很多USB无法进行的工作。l 在微控制器中，接口芯片使得一个5V串口转换成RS-232变得非常容易。l 连接距离可以达到50100英尺。USB连接最长可以达到16英尺，pc机的并行打印机接口与主机的距离可以达到1015英尺，或者利用IEEE-1248b型驱动器可以达到30英尺。如果RS-232端口与Modem相连，则可以在世界范围内接受和传送数据。串行通信接口R

47、S-232RS-232是在任何时候都常用的接口之一。它不仅已经被内置于每台PC机，而且已被内置于从微控制器到主机等多种类型的电脑和与它们连接的设备。RS-232 接口的最通常的用处是连接到一个 Modem 上，其他拥有RS-232 接口的设备包括打印机、数据采集模块等。RS-232 串行通信以正负 9V 代表 0 和 1 状态。串行通信可以分为同步及异步两种模式。同步通信的两端使用同步信号作为通信的依据，而异步则使用起始位及停止位作为通信的判断。目前采用异步传输模式较为普遍，异步传输只要 9 支引脚就足够了。如果要采用同步传输，则需要 25 支引脚。计算机上RS-232引脚如图3-8所示。图3

48、-8 RS-232引脚图其引脚定义如下：（1）CD：载波检测；此引脚由调制解调器控制。当电话接通之后，发送的信号载在载波信号上面，调制解调器利用此引脚通知计算机检测到载波信号，当前处于联机状态。（2）RXD：接受字符；此引脚将远程所发送过来的数据接收进来。在接收过程中，由于数据是以数字类型发送的，读者可以在调制解调的 RTS 信号灯上看到明灭交错，此即为 0 与 1 交替所产生的现象，即电位高低变化所产生的现象。（3）TXD：发送字符；此引脚将计算机所要发送出去的数据发送出去。在发送过程中，由于数据是以数字类型发送的，读者可以在调制解调器的 TXD 信号灯上看到明灭交错，此即为 0 与 1 交

49、替所产生的现象，也即是电位高低变化所产生的现象。（4）DTR：数据端备妥；此引脚由计算机控制。用于通知调制解调器进行传输，高电位表示计算机已经准备就绪，随时可以接收数据。（5）GND：接地；此引脚为接地端，作为计算机与调制解调器之间的标准电位参考。两端设备的接地端标准电位必须一样，否则会产生回路，使得信号因标准电位不同而产生偏移，也会导致结果失常。RS-232 数据采用单节点式的信号发送方式，其特点是信号电压的标准电位就是参考接地端标准电位，因此传输双方的接地端必须连接在一起，以避免标准电位不同而造成数据的错误。（6）DSR：数据备妥；此引脚由调制解调器控制，调制解调器用这支引脚的高电位通知计

50、算机一切准备就绪，可以发送数据过来。（7）RTS：要求发送；此引脚由计算机控制，用以通知调制解调器马上发送数据至计算机。而当调制解调器收到信号后，便会将它由电话线收到的数据发送给计算机；在此之前若有数据发送至调制解调器，则会暂存在缓冲区中。（8）CTS：清除以接收；此引脚由调制解调器通知计算机有电话进来，是否接听电话则由计算机决定。如果计算机设置调制解调器为自动应答模式，则调制解调器在接听到一定的铃响后即自动接收电话。（9）RI：响铃检测。串口通信电路该系统实现的RS-232电路主要是与上位机进行通信，实现单片机系统与上位机进行通信处理。由于单片机与上位机进行通信时接口电平不同，因此需要进行接

51、口转换，这里采用SP3232E芯片来完成接口电平的转换。关于SP3232E是Sipex公司生产的专门实现TTL与RS-232电平转换的芯片。SP3232E芯片内部的电源电压变换器，可以把输入的+3V电源电压变换成为RS-232输出电平所需的10V电压17。典型工作电路图如3-8所示。图3-9 RS-232串口电路图用RS-232总线连接系统时，有近程通信方式和远程通信方式之分。近程通信是指传输距离小于 15 m 的通信，这时可以用 RS-232电缆直接连接。15 m 以上的长距离通信需要采用调制解调器。本系统采用近程通信。由图可以看出，在管脚C1+、C1-、C2+、C2-、V+和V-分别放置0

52、.1uF的电容实现充电作用，满足相应的充电泵的要求。管脚T1OUT、TIN、R1OUT和RIN分别是RS-232转换的输入输出脚，实现单片机的TTL电平与上位机的接口电平的转换。考虑到减小电源的干扰，还需要在芯片的电源输入脚加一个0.1uF 的电容来实现滤波，以减小输入端受到的干扰。3.7 本章小结本章主要讲述了系统的硬件设计，主要介绍GSM通信模块TC35i、MSP430F149单片机的特点、外围电路的设计（包括串行通信、电源电路等几个部分），最终构成了整个远程监测系统的硬件框架。在硬件电路设计的过程中，由于本人的疏忽，只注意到器件封装外形的吻合，忽略了封装各管脚与器件实际管脚的对应，导致L

53、M117芯片封装及管脚连线的错误，直接导致电路板制板错误，电源电路无法降压，单片机和TC35i都无法工作。经过自己对错误的细致检查和修改，用导线纠正了之前制板连线的错误，使硬件电路板正常工作。第4章 系统软件设计4.1 系统软件设计基础系统中采用GSM无线通信模块TC35i实现两者的数据通信，GSM无线通信模块TC35i通过AT命令来进行控制，数据传输采用短消息方式。AT命令和短消息的编码、解码方式是系统软件设计的基础，下面对两者作详细的介绍。AT指令介绍AT指令集是调制解调器通信接口的工业标准，AT指令是调制解调器可以识别并执行的命令。AT命令简单、容易掌握，使用它可以配置调制解调器，配合通

54、信软件工作，与远端系统通信，发起或应答一个呼叫。AT命令集从TE（Terminal Equipment）或DTE（Data Terminal Equipment）向TA（Terminal Adapter）或DCE（Data Circuit Terminating Equipment）发送的。通过TA，TE发送AT命令来控制MS（Mobile Station）的功能，与GSM网络业务进行交互。用户可以通过AT命令来进行呼叫、短信、电话本、数据业务、补充业务、传真等方面的控制。AT命令是Hayes公司开发的控制调制解调器功能的操作和使用命令。通过串口发送AT命令，可实现对TC35i无线调制解调模块

55、的控制18。这里介绍AT指令的格式和几条常用的指令。 AT指令集的命令帧格式：AT命令参数命令参数回车。每条命令行都包括前缀AT，后继恰当的命令和命令参数，最后包含回车换行符。下面列举一些常用的有关短消息的AT指令：AT+CMGC：Send an SMS command（发出一条短消息命令）；AT+CMGD：Delete SMS message（删除SIM卡内存的短消息）；。AT+CMGF：Select SMS message format（选择短消息信息格式：0为PDU；1为文本）；AT+CMGL：List SMS message from preferred store（列出SIM卡中的短

56、消息0/“REC UNREAD”未读，1/“REC READ”已读，2/“STO UNSENT”待发，3/“STO SENT”已发，4/“ALL”全部的）；AT+CMGR：Read SMS message（读取短消息）；AT+CMGS：Send SMS message（发送短消息）；AT+CMGW：Write SMS message to memory（向SIM内存中写入待发的短消息）；AT+CMSS：Send SMS message from storage（从SIM内存中发送短消息）；AT+CNMI：New SMS message indications（显示新收到的短消息）；AT+CPM

57、S：Preferred SMS message storage（选择短消息内存）；。AT+CSCA：SMS service center address（短消息中心地址）；AT+CSCB：Select cell broadcast messages（选择蜂窝广播消息）；AT+CSMP：Set SMS text mode parameters（设置短消息文本模式参数）；AT+CSMS：Select Message Service（选择短消息服务）。短消息的编码方式ETSI指定了一个短消息发送协议作为GSM标准的一部分，该规程定义了三个接口协议19。（1）最初的Block Mode：一个二进制的协议，这个协议适用于在不完全可靠的地方，特别是对远程设备的控制。但是，Block Mode已是被淘汰，目前应用很少。（2）基于AT命令的Text Mode：定义了一个基于AT命令以字符为基础的界面。此模式适用于无智能终端，一般不支持中文。（3）基于AT命令的PDU Mode：此模式定义了一个基于字符的接口，以二进制传送十六进制