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科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald
1 引言
在基于G S M 短消息无线数据采集系统的总体设计方案中，硬件电路是系统的最基本的组成部分。系统的硬件设备主要由数据采集终端、控制器、GS M模块和上位计算机组成(见图1)，控制器与GSM通信模块相接合构成短信收发器来满足无线数据采集系统的需要。 2 短信收发器的硬件框架
短信收发器是基于G S M 短消息数据采集系统的一个最为重要的组成部分，发挥着及其关键的作用。它的硬件电路设计是围绕着数据采集、数据汇总和远距离G S M 无线传输这些功能来设计的。其硬件的整体框架如(图2）所示:
整个短信收发器的硬件系统包括核心逻辑处理单元，即单片机、外扩RAM、外扩FL AS H芯片、参数存储电路、RS -485通讯接口电路、RS-232通讯接口电路、拨码开关、指示灯电路和电源电路。
系统选用具有双串口的单片机做为主控芯片，正常运行时，通过其中一个串行接口与RS-485或RS-232接口电路相连，接收来自数据采集器的数据；另外一个串口与GSM模块相连，当上位机要读取数据或向下位机发送命令的时候，单片机就通过该串行接口和GS M模块进行通讯，并最终通过GS M网络把数据以短消息的形式传送给上位计算机；外接F LA SH 闪速存储器用来存储采集过来的数据或接收到的短消息；参数存储器使用串行E 2P R O M 芯片，即使在系统掉电时仍然能够保存住已设定的系统参数；拨码开关电路是用来选择电路状
态的，可以切换电路处于RS-232或RS-485通讯状态、还可以选择通信波特率等；指示灯电路用来指示电源、数据收发状态、本地信号场强等信息。
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3 核心逻辑处理单元
本系统采用的W 77E 532是44引脚的P L C C 封装，它是W i n b o n d 公司推出的与8051系列单片机兼容的高速微处理芯片，与80C51系列单片机相比较，除了具有两个全双工串口以外，还有以下几个特点:天台赤城中学
(1)4个时钟周期为1个指令周期，晶振最高可达40MHz
(2)1个额外的4位I/O口(3)3个16位计数器/定时器(4)12个中断源(5)2个64K程序存储器(6)4K在线下载程序存储器(7)256B的RA M (8)1K 的片内S RA M (9)1个程序看门狗定时器
4 GSM模块－TC35i
TC35i模块是一个达到工业标准的完整GSM Mo dem，它与GSM2/2+兼容，拥有EGSM900/GSM1800双频段功能，有较宽的电源电压输入范围，提供LE D网络信号指示以及简便的串行接口，该模块集射频电路和基带于一体，设计紧凑，小巧的外形易于集成；有标准的RS-232接口，向用户提供标准的A T 命令接口，符合E T S I 标准GSM07.07和GSM07.05，支持数字、语音、短
消息和传真业务，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，且易于升级为GPRS 模块。
4.1TC35i的内部结构
T C 35i 的内部由G S M 基带处理器、射频、Flash、天线接口、匹配电源ASIC和40pin 的ZIF插座组成，由若干超大规模集成电路和射频器件构成，包含信号处理、信道编
①作者简介：赵丽虹（1963—），女，辽宁省鞍山市人，高讲，主要研究方向自动化仪表。
基于G S M 短消息无线数据采集系统的硬件设计①
赵丽虹
（鞍山技师学院电气系 辽宁鞍山 114020）
摘 要：本文将控制器和GSM模块相结合，设计成一个智能短消息无线收发器，用它把系统接入GSM网络完成无线数据传输，并给出系统实现的硬件结构图和主要硬件电路。
关键词：短信收发器 GSM模块 硬件设计中图分类号:TP274文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)09(b)-0028-02
前置机端 主控端
短信收发器 短信收发器n
数据采集 终端 短信收发器1
数据采集 终端 从控制器1
G S M 模块
G S M 网络
从控制器n
G S M 模块
G SM
模块
主控制器
上位
计算机
… … …… …
…
图1 基于G S M 的数据采集系统组成框图
控制器部分 G S M 模块
I 2C
U A R T I
U A R T O 核心逻辑
处理单元
R S 232接口
R S485接口
拨码开关
指示灯电路
多路转换接口
G S M
信号 处理
单元
G S M 卡
R A M
F L A S H 电源电路
参数存储器
图2 短信收发器硬件框图
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码、GSM控制、收发信单元、射频控制、数据输入/输出接口等部分内部结构。
4.2TC35i主要特性与技术指标
(1)支持数据、短消息、话音和传真服务；需要SIM卡开通相应的服务即可;
(2)频段为双频G S M900M H z和GSMl800MHz (phase 2/2+);
(3)电源电压为单一电压3.3~4.8V，且在GSM信号脉冲引起电流持续峰值(2A)期间电压降不能超过400mV，否则,TC35i自动关机;
(4)典型电流消耗：休眠状态为3.5mA，空闲状态为25m A，发射状态为300m A(平均)，通话下的峰值电流小于2A;
(5)外接SIM卡阅读器，通过40pin的ZIF 插座进行通信,SIM电压为3V/1.8V;
(6)留有与数据终端设备的RS-232接口，通过标准A T命令进行访问和控制;
(7)T C35i的启动比较特殊，不是VBAT T+加上5V的电压后，就开始启动，而要等Ignition信号进行点火之后才启动(登陆G S M网络)。V B A T T+未供电之前，点火信号为低电平，当V B A T T+升到+3V以上后点火信号必须保持高阻态至少10ms，然后迅速将点火信号拉到地(下降沿不能超过1ms)，并保持至少l00ms后，恢复并保持高阻态，这时TC35i就开始登录网络。
(8)T C35i有工作状态同步输出端(SYNC)该输出可以控制发光二极管，从而指示TC35i模块的工作状态;
(9)与数据终端通信时，具有波特率自动调整功能，可以从1200,2400,4800,9600, 19200,38400,57600,115200b/s中自动调节与终端匹配的波特率;
(10)温度范围——正常操作-20℃~+55℃，存放-30℃~+85℃;
(11)高集成度(54.5mm×36m m×3. 6mm)，质量为9g。
4.3硬件设计
TC35i有40个引脚，通过一个ZIF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:1~5为电源电压输入端VBATT+,6~10为电源地GND,11、12为充电引脚,13为对外输出电压(共外电路使用),14为A CC U-T E MP接负温度系数的热敏电阻。24~29为SIM卡引脚，分别为CCIN、C C R S T、C C I O、C C C L K、C C V C C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:15为点火线/IGT(Ignition), 30为RTC backup,31为Power down,32为SYNC;16~23为数据输
入/输出，分别为D S R0、R I N G0、R X D0、
T XD0、C TS0、R TS0、D TR0和D CD0。
本系统设计的TC35i电路在硬件设计
过程中，考虑主要考虑到了模块启动电路、
SI M卡电路、T C35i的S YN C引脚工作模式
及单片机与TC35i接口电路的设计。
4.3.1模块启动电路的设计:
我们了解到系统加电后，为使TC35i进
入工作状态，必须给/IGT脚加一延时大于
100ms的低脉冲，正常工作时/IGT脚应该保
持高阻态。本系统通过点火线/IGT给其一
个点火信号来激活TC35i。为了实现上述时
序，本系统采取软件的方法实现模块的开
机。
单片机W77E532的P3.5脚作为模块的
开关控制，它通过一个二极管与TC35i的/
IGT脚相连，系统初始化时，令P3.5输出低
电平，则点火信号/I GT下拉为低电平，之
后用软件延时200ms，将P3.5置为高电平,
这时二极管导通,/I GT变为高阻态输出,
故可以满足TC35i的开机电路要求。
4.3.2SIM卡电路的设计:
晋平公浮西河基带处理器集成了一个与I SO7816-
3IC Card标准兼容的SIM接口。为了适合外
部的SIM接口，该接口连接到主接口(ZIF连
接器)。在GSM11.11为SIM卡预留5个引脚
的基础上,TC35i在ZIF连接器上为SIM卡接
口预留了6个引脚，所加添的CCI N引脚用
来检测SIM卡支架中是否插有SIM卡。当插
入SIM卡，该引脚置为高电平时，系统方可
进入正常工作。
S IM卡由C P U、工作存储器(R A M)、程
序存储器(ROM)、数据存储器(EEPROM)和
串行通信单元组成。通常SIM卡共有8个触
点，即:V cc电源电压、R ST复位端、C LK时
钟、GND,Vpp编程电压、I/O输入输出和两
个保留触点。SIM卡各触点与TC35i的连接
学院遗传学三大定律必须按照TC35i模块的文档进行。
4.3.3TC35i的SYNC引脚工作模式的
设计
S Y N C有两种工作模式，可用A T命令
A T＋S Y N C进行切换。一种是指示发射状
态时的功率增长情况，另一种是指示TC35i
的工作状态。本模块使用的是后一种功能,
SYNC脚连接一个发光二极管，用来指示模
块的工作状态，当LE D熄灭时，表明TC35i
处于关闭或睡眠状态；当LE D为600ms亮/
600ms熄时，表明SIM卡没有插入或TC35i正
在进行网络登录；当LED为75ms亮/3s熄时,
表明TC35i已登录进网络，处于待机状态。
4.3.4单片机与TC35i接口电路的设计
在电路设计中，需要注意的是TC35i模
块输入输出的TTL正逻辑电平不是＋5V而
是＋2.9V，而单片机采用＋5V供电，所以
必须进行电平转换，我们采用串连电阻降
压的方法来实现电平的转换。
TC35i收到网络发来的短消息时，能够
通过串口向单片机发送指示消息，数据终
端设备也可以向TC35i发送各种命令，总的
来说TC35i非常适合于GS M短消息的数据
采集系统。
5 结语
基于G S M短消息无线数据采集系统,
通过信号采集技术把工业现场数据采集下
来，通过短信收发器对采集的数据在P D U
模式进行编码，形成短消息数据包，将数据
包用AT命令发送到远程的监控中心。在监
控中心完成对数据包的解码、分析，从而得
到现场数据。短信收发器能够支持多种通
信协议，以便适应不同种类的现场数据采
集器。由于内含大容量存储器，因而在与网
络离线时也能采集并保存数据。在数据传
送方式上能够支持自动定时发送和远端主
机查询两种方式。该系统具有覆盖面广、适
应性强、用户投资小、运营费用少的优点,
对于解决监控采集点分散、分布面广、监控
点移动、实时性要求不高数据采集任务具
有无可比拟的优势。
参考文献
[1]陈雷，丁晓明，李强.GSM短消息系统在
远程数据采集中的应用.
[2]潘斌，郭红霞．短信收发模块TC35i的外
围电路设计，单片机与嵌入式系统应
用.
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