GSM模块TC35及其应用

1、设计与应用计算机测量与控制. 2002.10 (8)computermeasurement&control? 557 ?收稿日期:2001 - 11 - 06。作者简介:吴玉田(1972 - ) ,男,河北省康保县人,硕士,主要从事组合式导航系统和无线数据通信方面的研究。文章编号:1671 - 4598 (2002)08 - 0557 - 04 中图分类号: tn929153 文献标识码:bgsm模块tc35及其应用吴玉田,王瑞光,郑喜凤,肖传武(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130021 )摘要:简单介绍了siemens研制开发的新一代gsm模块tc35 ,着重

2、介绍了该模块的原理、特性以及层次结构,特别是对它在车辆监控系统中的应用进行了详细的讨论。关键词:tc35 ; gsm ; gps; gps/ gsm车辆监控系统gsm moduletc35 and its applicationwu yu2tian , wan g rui2guang , zhen g xi2 feng , xiao chuan2wu( changchuninstituteof optics , fine mechanics and physics , chinese academy of science, changchun130021 , china )abstract :

3、 a new generation gsm module tc35 which designedby siemensis describedbriefly.the modules principle , featuresand hierarchy are introduced emphatically , especiallythe application in the vehicle supervising system is disscussedin detail.key words :tc35 ; gsm ; gps; gps/ gsm vehicle supervising syste

4、m1概述随着 gsm 移动通信网络的迅速普及和竞争的日益激烈 , 新技术和新业务的开发和应用已提到十分重要的位置 。gsm 模块作为一种主要的gsm 网络接入设备 , 已得到越来越多的系统制造商和系统开发商的重视 , 基于它的各种应用也蓬勃发展起来。 gsm 模块是继gsm 手机外又一种非常重要的gsm 移动通信系统的终端设备。它是传统调制解调器与gsm 无线移动通信系统相结合的一种数据终端设备, 因此也叫无线调制解调器。它的出现给gsm 的发展注入了新的活力, 改变了传统的以话音为主的通信手段, 打开了 gsm网络数据通信及其应用的大门。所以在应用上 , 凡是使用调制解调器的地方大多数可 以

5、 用gsm 模块代替 。由于调制解调器必须通过pstn 或者其他专用通讯网进行通信, 因而受地域, 线路等影响 , 在应用上有很大的局限性。而 gsm 模块则无此限制 , 所以基于这种模块, 以 gsm 网络作为无线传输网络 , 可以开发出多种前景极其乐观的各类应用, 如 :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。tc35模块是siemens最新推出的新一代gsm 模块 , 它 与gsm phase 2/ 2 + 兼 容、双 频( gsm900/gsm1800) 、rs232数据口、 符合 etsi 标准gsm07

6、07和gsm0705且易于升级为gprs模块;该模块集射频电路和基带于一体, 向用户提供标准的at 命令接口,为数据、 语音、 短消息和传真提供快速、可靠、 安全的传输 , 方便用户的应用开发及设计。2 系统结构及主要技术指标211 系统结构图1tc35的功能框图tc35 模块如图 1 所示 , 从功能上看主要由4 部分组成 : gsm 基带处理器 、 gsm 射频部分 、电源 a2sic (applicationspecific integrated circuit ) 、 flash。gsm 基带处理器是整个模块的核心, 它由一个c166cpu 和一个 dsp 处理器内核控制着模块内各种信

7、号的传输 、转换 、放大等处理过程。gsm 射频部分是一个单片收发器smar ti , 它由一个外差式接收器、上变频调制环路发送器( upconversion modulation looptransmitter ) 、一个射频锁相环路和一个全集成中频合成器 4 个功能块组成, 共同完成对射频信号的接收和发送等处理。gsm 模块电流变化非常大, 空闲时电流小于315ma , 而在通话期间电流最大可达213a ,这就对供电电路提出了较高的要求。 gsm 模块电源asic 部分使用线性电压调节器把外部输入的电源电压 vbatt + 进行稳压处理后供gsm 基带处理器和gsm 射频部分使用, 此外它

8、还输出一个219v/ 70ma的电压供模块外的其他电路使用。 gsm射频部分的? 1994-2009 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. http:/? 558 ?计算机测量与控制第 10 卷功率放大器对电源电压要求不高, 所以直接使用外部的输入电压vbatt + 。flash 用来存储一些用户配置信息 、电话本和其他信息。212 主要技术指标tc35 的主要特性与技术指标包括以下几点:(1)频带 : 双频egsm900 和 gsm1800 ( gsmphone 2 + ) ;(2)支

9、持数据 、语音 、短消息和传真(3)高集成度(5415mm 36mm 6185mm) ;(4)重量 : 18g(5)电源电压 : 单一电压313515v ;(6) 波特率 : 可选波特率300bps 115kbps , 自动波特率418 115kbps ;(7)电流消耗: 空闲模式小于315ma , 语音模式平 均 300ma , 峰 值 213a , 掉 电 模 式( powerdown)100a ;(8)温度范围 : 正常操作- 20 + 55 , 存放 -30 + 85 ;(9) sim 电压 : 3v/ 118v ;213 引脚功能tc35 共有 40 个引脚, 通过一个zif(zer

10、o in2sertion 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 。第 1 14 脚为电源部分, 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(共外电路使用) , 14 为accu-temp 接负温度系数的热敏电阻; 24 29 为sim 卡 引 脚 , 分 别 为 ccin 、 ccrst、ccio 、cc2clk、ccvcc 和 ccgnd ; 33 40 为语音接口用来接电话手柄; 15、30、31 和 32 脚为控制部分, 1

11、5 为点火线 igt( ignition ) , 当 tc35 通电后必须给igt一个大于100ms低电平,模块才启动, 30为rtcbackup , 31 为 power down , 32 为 sync ; 16 23 位数 据 输 入/ 输 出 分 别 为dsr0、 rin g0、 rxd0 、txd0 、cts0、rts0、d tr0 和 dcd0 。214 数据接口tc35 的数据输入/ 输出接口实际上是一个串行异步收发器, 它符合 itu - t rs232接口标准, 它有固定的参数: 8 位数据位和1 位停止位, 无校验位,波特率在300bps115kbps 之间可选, 硬件握手

12、信号用rts0/ cts0 , 软 件 流 量 控 制 用xon/ xoff ,cmos 电平 , 支持标准的a t 命令集 。通过这一接口可以用 at 命令切换操作模式, 可以使它处于语音、数据 、短消息或传真模式。3功能测试在对 tc35 的开发过程中, 进行功能测试是一个非常重要的环节, 这可以了解它的工作过程、工作方式以及对各种a t 命令的反应。测试方法是把tc35的 rs232 数据接口通过电平转换电路和pc机的串口相连 , 同时接上sim 卡 , 在超级终端中输入a t 命令即可进行功能测试。tc35 的 at 命令集是在业界标准贺氏(hayes)命令的基础上增加了一些有关短消息

13、和sim 卡的处理命令而形成的集语音、数据 、短消息 、传真 、sim 卡和 siem ens 自定义命令于一体的命令超集, 共有 150 多条 。它的所有操作都是通过 a t 命令来实现的。图2tc35测试图4典型应用 gps/gsm车辆监控系统gps/gsm 车辆监控系统是现代导航监控系统在近几年来主要发展方向之一, 也是 gsm 的新应用领域之一 , 它是一种集gps全球定位技术、gis技术、 显示技术、 计算机技术、移动通信技术、信号处理技术、自动控制技术等于一体的多功能、智能化的监控系统。它一般由 3 部分组成即: 安装在移动车辆上的车载部分、 监控中心和两者之间的通信网络, 车载部

14、分除了要求能随时提供移动车辆的位置信息外, 还必须具备体积小、 功耗低和成本低, 因为汽车上一般不配备大功率电源 ; 通信网络要求具有容量大、覆盖范围广和可靠性高等特点。所以尽管已有一些系统投入使用,但也仅限于一些特殊行业、特殊领域。 近几年随着覆盖全国的移动通信网络的建成和短消息业务的开通,特别是体积小、 功耗低的gsm 模块的推出 , 使这一状况得到根本的改善, 开发出许多面向民用的监控导航系统 , 我们研制的gps/gsm 车辆监控系统就是其中的一种 , 它是由以gps为核心、 tc35 模块为主要组成部分的车载台、 以 gsm 移动通信系统为通信网络和基于 gis功能的监控中心三部分构

15、成的集监控、调度、报警于一体的覆盖范围广、容量大、 实时性强、 全天候的车辆监控系统。下面将重点介绍车载台部分。图3 车载台组成图411 车载台的组成gps/ gsm车辆监控系统的车载台由gps、 gsm模块和 cpu 控制系统三部分组成详见图3 所示 。由于车载台是直接面向用户的, 必须要求体积小、功耗低而且性能价格比要高, 因而使用tc35 成为该系统? 1994-2009 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. http:/第 8 期吴玉田等 : gsm 模块 tc35 及其应用?

16、559 ? 的最佳选择。cpu 采用高性能8 位机 87c58 , gps模块采用motorola m12 oncore , 它是 motorola 新一代 gps接收机 , 它支持 nm ea 0183 和摩托罗拉二进制两种格式, 可同时跟踪12 颗卫星 , 定位精度在无sa 时小于25m , 电源电压为2175 312v 且体积仅为 4010mm 6010mm 1010mm 。gps天线采用小型有源天线, 重量小于 40g。整个车载台结构紧凑, 空间安排合理, 即可以安装在车内, 也可以安装在车外 , 价格适中, 特别适合普通车辆使用。对于gsm 移 动 台 必 须 有 一 个 用 户 识

17、 别 模 块(sim) , sim 卡上包含了所有的用户信息。个人识别码(pin) 可以防止sim 卡未经授权而使用, 每当移动用户开机时, gsm 系统先要自动鉴别用户的合法性 , 只有在系统认可之后, 才为该移动用户提供服务。tc35使用外接式sim 卡 , zif 连接器上有6 个引脚作为 sim 卡的接口 , sim 卡上也有6 个引脚分别与它们图4sim的引脚图相对 应 , 具 体 见 图 4 所 示。在gps/gsm 车辆监控系统中, sim卡同 tc35是这样连接的: sim 卡上 的ccrst、 ccio、 ccc l k、ccvcc和 ccg nd 通过 sim 卡阅读器与

18、tc35的同名端直接相连, ccin 悬空 , 而 tc35上的 ccin 通过一个 313k电阻与 ccvcc相连。 这种连接方式是由sim 卡阅读器决定的。412 监控原理(1)全球定位系统( gps global positioningsystem)是随着现代航天及无线电通讯科学技术的发展建立起来的一个高精度、全天候和全球性的无线电导航定位 、定时的多功能系统。它利用位于距地球2万多公里高的由24 颗人造卫星组成的卫星网(即所谓“ 天网”)向地球不断发射定位及时间信号。这 24颗卫星分布在互成60 角的 6 个轨道面上, 每两个轨道之间倾角为55 , 每个轨道面上有4 颗卫星 。因而它能

19、够向地球上的任何一个gps 接收机全天侯提供高精度的三维坐标、速度 、时间等信息, 并有良好的抗干 扰 和 保 密 性 能 。 gps 定 位 是 根 据 到 达 时 间( toa)测距原理 。从卫星发射信号到达gps接收机所需的时间间隔乘以信号的传播速度, 可以得到卫星到 gps 接收机的距离。根据空间两点间距离公式,gps接收机从3 颗已知位置的卫星接收信号就可以确定自身的位置。但由于卫星和接收机间的时钟偏差 、传播时延和其它误差, 所测出的不是实际距离,而是伪距 。卫星钟与gps接收机的时钟不同步, 要考虑它们之间的钟差。所以要确定一个gps接收机的位置 , 至少要同时观测到4 颗卫星的

20、数据。gps定位精度在sa 开放时是100m 以内(95 %概率 ) ,sa关闭时是25m 以内(95 %概率 ) 。为了消除各种公共误差(如卫星钟误差、电离层误差 、对流层误差以及不能由用户测量或由校正模型来计算的传播时延误差等 ) , 可以采取差分技术。多数 gps接收机都有差分 gps数据的接口, 可以方便的接收差分gps数据 。2000 年 5 月 1 日 , 美国政府已经取消了sa 政策 , 这样无需差分就可获得较好的定位效果。(2)gsm 短消息业务: 在 gsm 移动通信系统的各项业务中, 短消息业务是gsm系统提供给用户的一种有别于语音传输的通讯业务。它利用信令信道(sdcch

21、 用户正常时或sacch 用户忙时 )传输 , 是gsm通信网所特有的, 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, 短消息的收发不影响通话; 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 。短消息业务主要包括点到点短消息业务与小区广播短消息业务。点到点短消息业务即通过mo(ms 发起短消息业务)和 m t (ms 终止短消息业务 ) 将一条短消息从一个实体发送到指定目的地址的业务 。编码

22、后单条短消息最大长度为140 个字节 , 可以承载 160 个英文字符或70 个汉字 。小区广播短消息业务即通过基站(bsc)向指定区域中所有短消息用户发送短消息的业务。编码后每页消息长度为82个字节 , 最大页数为15 页 。短消息业务的优点在于其无需建立连接, 服务费用低, 因此基于gsm 模块的应用一般都使用短消息业务。(3)监控原理: 在 gps/ gsm 车辆监控系统中,车载台通过gps模块获取移动车辆的位置信息, 当它捕获 4 颗以上的gps卫星后就可以实时地确定车辆的位置信息, 包括 : 经纬度 、速度 、方向等 , 然后单片机控制系统把这些位置信息打包成gsm 的短消息内容 ,

23、 再通过车载台上的tc35 无线调制解调器将这些信息包通过gsm 移动通信网传送到监控中心,监控中心接收到这个信息包, 从中提取出被监控车辆的具体位置信息, 最后显示在监控中心的电子地图上 ; 同样 tc35 无线调制解调器也可以将监控中心的命令传送到移动的车载台上。通过上述方式, 完成车辆的监控调度功能。413 报警的实现在 gps/ gsm 车辆监控系统中, 支持多种终端报警触发方式: 传感器自动触发、手动按键触发和防盗遥控触发, 无论是通过哪一种, 一旦触发车载台应该迅速将有关信息(位置 、时间 、警情等 )发送到监控? 1994-2009 china academic journal

24、electronic publishing house. all rights reserved. http:/? 560 ?计算机测量与控制第 10 卷中心 , 监控中心在收到报警信息后, 迅速把相应处理命令发送到车载台。整个过程要求在很短的时间(10s 左右 )内完成 。根据理论分析, 短消息传送时间 : 上行(车载台 gsm 基站 gsm 交换机 短消息服务中心监控中心 )小于 115s, 下行(监控中心 短消息服务中心gsm 交换机 gsm 基站 车载台 )小于 5s。但是在实际运行中, 随着短消息用户的增多, 有些地方的短消息服务中心没有及时扩容 , 这就造成短消息的实际传送时间有时

25、候远远大于理论分析值 。因而不能很好满足报警需要。为此我们又增加了一种报警模式 话音方式, 当报警功能触发后 , 车载台将报警信息转换成语音信号通过话音业务信道发送出去, 监控中心收到后再恢复为原来的报警信号 , 随后监控中心采用相同的方法将处理命令发送到车载台 。这样整个监控系统支持两种报警方式,在短消息业务效果好的地区采用短消息方式, 在短消息业务效果不太好的地区采用话音方式。从而大大提高了监控系统的可靠性。414 车载台的配置车载台除了图3 所示的 3 个基本组成部分外, 还有一些可选的组件用来扩展车载台的功能。这些组件一般都具有标准的接口, 拆卸方便, 这使得用户有了更大的选择余地,

26、从而满足了不同层次的客户需求。这些可选组件主要包括: 电话手柄 、液晶显示器、语音控制器 、蜂鸣器 、双控锁车器和后备电瓶等。415 车载台的功能特点(1)实时快速定位功能: 采用 motorola m12 on2core gps接收机模块, 每秒刷新一次实时定位数据,随时向中心提供定位信息。具有超强的抗遮挡能力,甚至在林荫道, 楼群中 , 高架桥下以及无线电波屏蔽较严重等环境也可以表现出独特的性能。(2)多重报警功能: 本系统充分考虑了各种现实问题 , 提供了多种报警功能, 它们包括 : 防劫报警功能 、防盗报警功能、具有脱网保持防盗报警功能、越界报警功能 、防拆报警功能、断电报警功能等。(

27、3) 体积小, 功耗低, 性能稳定可靠: 体积只有 : 145mm 101mm 36mm 。易于隐蔽安装, 天线也隐蔽安装, 故防破坏能力大大增强。在一般情况下具有大于6min 防破坏能力。整机耗电: 工作状态下为 200ma , 睡眠状态下只有几十毫安。工作电压:3v5v 。(4) 提供了多种接口,具有很强的升级、扩展能力。5结束语通过在gps/ gsm 车辆监控系统中的应用, 发现tc35的优点特别突出, 首先它有丰富的a t 命令 ,种类多 、功能强操作灵活方便; 其次可升级能力强,很容易升级为gprs模块 , 通过 wap 上网 、收发电子邮件等; 再加上应用范围广, 开发周期短、上市

28、快 , 因而应用前景十分广阔。参考文献: 1 siemensins technicalproduct informationtc35 prelimi2nary.2 etsi gsm 03.40 ; digitalcellular telecommunicationssys2tem(phase2 +); technical realization of the short messageservice (sms) ; point - to - point( pp) s.( gsm 03.40 version 5.7.0) , 1998.3 etsi gsm 07.05 ; digitalcellular telecommunicationssys2tem ( phase 2 + ) ; use of dataterminalequipment - datacircuit terminating;equipment(dte - dce ) interface