GSM短消息无线传输的研究.doc

此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 西南科技大学 毕业设计 论文 毕业设计 论文 题目名称 题目名称 GSM 短消息无线传输的研究 年年 级 级 2003 级级 本科本科 专科专科 学生学号 学生学号 20035238 学生姓名 邓轩学生姓名 邓轩 指导教师 刘知贵指导教师 刘知贵 学生单位 信息工程学院学生单位 信息工程学院 技术职称 教授技术职称 教授 学生专业 通信专业学生专业 通信专业 教师单位 信息工程学院教师单位 信息工程学院 西西 南南 科科 技技 大大 学学 教教 务务 处处 制制 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 Study in Wireless Communication System of GSM SMS Abstract 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 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 peripheral circuit are introduced and then the design of transmission circuit board is completed Using C language debugger and C430 integration developing environment that IAR designed for MSP430 single chip the long distance data communication is accomplished and both the main program and the transmitting subprogram flow sheets are provided also At last some problems which are need to solve and corresponding suggestion are presented Key words GSM SMS PDU mode AT command MSP430 MCU 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 目 录 第 1 章 绪 论 1 1 1 课题背景 1 1 2 国内外研究发展现状 1 1 3 课题研究的发展前景 2 1 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 4 2 1 GSM 网络体系结构 4 2 2 GSM 短消息概述 5 2 3 GSM 短消息的优点 6 2 4 GSM 短消息数据通信原理 7 2 5 本章小结 7 第 3 章 系统硬件设计 8 3 1 系统方案的选择 8 3 2 系统总体结构设计 8 3 3 单片机 MSP430F149 结构概述及其外围电路设计 9 3 3 1 单片机 MSP430F149 结构概述 9 3 3 2 单片机 MSP430F149 的外围电路设计 10 3 4 西门子 TC35I模块介绍及其外围电路设计 12 3 4 1 西门子 TC35i 模块介绍 12 3 4 2 西门子 TC35i 外围电路设计 13 3 5 电源电路 15 3 6 串行通信 16 3 6 1 串行通信概述 16 3 6 2 串行通信接口 RS 232 17 3 6 3 串口通信电路 18 3 7 本章小结 19 第 4 章 系统软件设计 21 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 4 1 系统软件设计基础 21 4 1 1 AT 指令介绍 21 4 1 2 短消息的编码方式 22 4 2 系统软件设计 24 4 2 1 主处理程序 24 4 2 2 发送短消息程序 26 4 3 本章小结 27 第 5 章 系统调试 28 5 1 系统硬件调试 28 5 2 系统软件调试 28 5 3 系统整体调试 29 5 4 本章小结 31 结论 32 致谢 33 参考文献 34 附录 1 36 附录 2 42 附录 3 48 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 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 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 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 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 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 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 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 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 AUC 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 图图 2 1 GSM 网络体系结构网络体系结构 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 已处于完全电路通信情况下仍可进行短消息传输 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 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 特别适用于分散和边远的监控对象的特点 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 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 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 MSC 6 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 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 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 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 图图 3 1 GSM 短消息传输系统框图短消息传输系统框图 生 理 参 数 采 集 单 片 机 处 理 模 块 G S M 模 块 GSM 网络 G S M 模 块 监 护 中 心 P C 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 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 3 3 1 单片机 MSP430F149 结构概述 设计中 首先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 MSP430 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 图图 3 2 MSP430F149 单片机的基本结构单片机的基本结构 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 该系列单片机主要有以下几大特点 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 8V 3 6V 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 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 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 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 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 具有 JTAG 仿真调试接口 这样非常便于软件的调试 8 3 3 2 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 简单 下面给出具体的单片机电路图 如图 3 3 所示 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 图图 3 3 单片机的外围电路图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 TXD0 P1 5 TA0 17 P1 6 TA1 18 P1 7 TA2 19 P2 0 ACLK 20 P2 1 TAINCLK 21 P2 2 CAOUT TA0 22 P2 3 CA0 TA1 23 P2 4 CA1 TA2 24 P2 5 Rosc 25 P2 6 ADC12CLK 26 P2 7 TA0 27 P3 0 STE0 28 P3 1 SIMO0 29 P3 2 SOMI0 30 P3 3 UCLK0 31 P3 4 UTXD0 32 P3 5 URXD0 33 P3 6 UTX D1 34 P3 7 URXD1 35 P4 0 TB0 36 P4 1 TB1 37 P4 2 TB2 38 P4 3 TB3 39 P4 4 TB4 40 P4 5 TB5 41 P4 6 TB6 42 P4 7 TBCLK 43 P5 0 ST E1 44 P5 1 SIMO1 45 P5 2 SOMI1 46 P5 3 UCL K1 47 P5 4 MCLK 48 DVcc 1 P6 3 A3 2 P6 4 A4 3 P6 5 A5 4 P6 6 A6 5 P6 7 A7 6 VREF 7 XIN 8 XOUT TCLK 9 VeREF 10 VREF VeREF 11 P1 0 TACLK 12 P1 1 TA0 13 P1 2 TA1 14 P1 3 TA2 15 P1 4 SMCL K 16 P5 5 SMCLK 49 P5 6 ACLK 50 P5 7 TBoutH 51 XT2OUT 52 XT2IN 53 TDO TDI 54 TDI 55 TMS 56 TCK 57 RST NMI 58 P6 0 A0 59 P6 1 A1 60 P6 2 A2 61 AVss 62 DVss 63 AVcc 64 MSP430F149IPM MSP430F149IPM 3 3Vcc XST AL 32KHz R101 10k 3 3VccS12 COMM D RX 1 D T X1 RXD0 C101 0 1uF C102 0 1uF C103 56p C104 56p 3 3Vcc XTAL 102 8MHz TDO TDI TMS TCK RESET IGT 2 1 0 05 P Ct U 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 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 TC35i 模块介绍及其外围电路设计 3 4 1 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 是 TC35i 的结构框图 图图 3 4 TC35i 的结构框图的结构框图 TC35i 模块主要特性与技术指标 1 频段为双频 GSM900MHz 和 GSM1800MHz 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 2 支持数据 语音 短消息和传真 3 电源电压为单一电压 3 3 4 8V 4 可选波特率 300bps 115bps 动波特率 4 8 115kbps 5 SIM 电压为 3V 1 8V 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 1 14 脚 其中 1 5 为电源电压输入端 Vbatt 6 10 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 ACCU TEMP 接负温度系数的热敏电阻 2 数据输入 输出管脚为 16 23 脚 分别为 DSR0 RING0 RXD0 TXD0 CTS0 RTS0 DTR0 和 DCD0 3 SIM 卡引脚为 24 29 脚 分别为 CCIN CCRST CCIO CCCLK CCVCC 和 CCGND 4 音频接口为 33 40 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 TC35i 通电后必须给 IGT 一个 大于 100ms 低电平 模块才启动 3 4 2 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 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 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 VBAT T 1 VBAT T 2 VBAT T 3 VBAT T 4 VBAT T 5 GND 6 GND 7 GND 8 GND 9 GND 10 POWER 11 POWER 12 VDD 13 AKKU TEMP 14 IGT 15 DSR0 16 RING 0 17 RXD0 18 TXD0 19 CTS0 20 RTS0 21 DTR0 22 DCD0 23 CCIN 24 CCRST 25 CCIO 26 CCCL K 27 CCVCC 28 CCGND 29 VDDL P 30 PD 31 SYNC 32 EPP2 33 EPN2 34 EPP1 35 EPN1 36 MICP1 37 MICN1 38 MICP2 39 MICN3 40 JP202 TC 35 ZIF 3 5Vcc IGT RXD0 TXD0 R201 10K 3 5Vcc R204 10K T201 Z201 LE D R205 10K R202 10K R203 10K 3 5Vcc CCGND CCVCC CCCL K CCIO CCRST CCIN 3 5Vcc 图图 3 5 TC35i 的外围电路图的外围电路图 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 座有 6 个管脚 具体的实现电路如图 3 6 所示 14 图图 3 6 SIM 卡座电路图卡座电路图 3 5 电源电路 整个系统采用 5V 供电 除了 TC35i 外都采用 3 3V 电压供电 考虑到硬件系统 对电源要求具有稳压功能和纹波小等特点 另外也考虑到硬件系统低功耗等特点 因此该硬件系统的 3 3V 和 3 5V 都采用 LM117 芯片实现 电源电路具体如图 3 7 所 示 图图 3 7 电源电路图电源电路图 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 1 5A 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 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 LM117 15 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 经过计算可 以得出 输出 3 5V 电压的电路 R2 应选用 360 的电阻 而输出 3 3V 电压的电路 R2 应选用 330 的电阻 LM117 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 3 6 1 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 232 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 16 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 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 2 1 1 1 25 R U R 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 进行的工作 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 连接距离可以达到 50 100 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 10 15 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 3 6 2 串行通信接口 RS 232 RS 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 图图 3 8 RS 232 引脚图引脚图 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 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