基于嵌入式無(wú)線(xiàn)CPU 短信通信終端系統的設計

摘要: 本論文闡述了基于嵌入式無(wú)線(xiàn)CPU 短信息通信終端的設計方案、開(kāi)發(fā)方法和開(kāi)發(fā)過(guò)程, 在設計中利用C8051F020單片機和新一代嵌入式無(wú)線(xiàn)CPU, 實(shí)現了一款具有短信收發(fā)功能的終端系統。完成了IGT啟動(dòng)電路、單片機與PC 機的串行接口等硬件電路的設計, 軟件設計采用面向對象的設計方法完成了上位機軟件設計和C51下位機的軟件設計, 給出了程序設計流程圖。

1. 引言

當前單片機和PC 機通過(guò)串行接口構成的多微機系統已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)控制、環(huán)境監測等場(chǎng)合,這些系統大多采用RS - 232、RS - 485 或是有線(xiàn)modem的通信方式, 雖然很經(jīng)濟適用, 但是有線(xiàn)數據傳輸方式很大程度上限制了其使用的場(chǎng)合, 使得架設通信線(xiàn)路比較困難的地區無(wú)法應用。針對這種情況, 本文利用支持語(yǔ)音、短消息SMS ( ShortM es.sage Service)、數據通信、傳真等業(yè)務(wù)的嵌入式無(wú)線(xiàn)CPU, 結合已有的單片機系統通過(guò)RS- 232接口連接嵌入式無(wú)線(xiàn)CPU, 從而利用GSM 網(wǎng)絡(luò )實(shí)現數據的無(wú)線(xiàn)傳輸。嵌入式無(wú)線(xiàn)CPU 在短信息方面的應用具有永遠在線(xiàn)、不需撥號、價(jià)格便宜、覆蓋范圍廣等特點(diǎn), 特別適用于需頻繁傳送小流量數據的應用, 實(shí)現無(wú)線(xiàn)數據的雙向傳送。對軟件和硬件加以改動(dòng)還可以實(shí)現數據采集系統、GPS /GSM ( SMS)移動(dòng)車(chē)輛監控定位系統、移動(dòng)POS機、移動(dòng)收費系統、移動(dòng)性數據和Internet接入、機房監控、遠程維護系統、移動(dòng)性數據查詢(xún)證券交易和信息查詢(xún)系統、無(wú)線(xiàn)遠程檢測和控制等。

2. 系統硬件設計

本設計選用的是西門(mén)子TC35i嵌入式無(wú)線(xiàn)CPU。TC35i是西門(mén)子為適應各個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域對無(wú)線(xiàn)數據傳輸、語(yǔ)音傳輸及可開(kāi)發(fā)性的需求推出的基于GSM 900移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )系統的OEM 模塊, TC35 i與GSM 2 /2+ 兼容、雙頻( GSM900 /GSM1800) , RS232數據口、符合ETS I標準GSM07. 07和GSM07. 05 、提供標準的AT 命令接口。MCU 采用CygnalC8051F020單片機。

基于TC35i嵌入式無(wú)線(xiàn)CPU 應用系統硬件的設計包括TC35 i的IGT電路、穩壓電源電路、SYNC /S IM 卡指示燈電路、C8051F020 與TC35 i相連的串行口電路、C8051F020與PC 機的串行接口等幾部分的設計, 應用系統硬件框圖如圖1 所示。其中TC35 i的IGT電路和C8051F020與PC 機的串行接口電路的設計需特別注意。

圖1. 應用系統硬件框圖。

2. 1. TC35 i的IGT電路的設計

對于TC35 i模塊的控制, IGT 信號非常的重要,只有正確的IGT信號才可以使TC35 i模塊正常的運行, 模塊工作時(shí)序如圖2所示。

圖2. TC35 i模塊工作時(shí)序。

啟動(dòng)電路由開(kāi)漏極三極管和上電復位電路組成。模塊上電10m s后(電壓須大于3V ) , 為保證整個(gè)系統正常啟動(dòng), 要求在電源加電時(shí)GT 必須在保持大于100毫秒的低電平后再階躍到高電平。在電路板中是依靠RC電路來(lái)完成的且該信號下降沿時(shí)間小于lms。啟動(dòng)后15腳的信號應保持高電平。電源通電后, + 5V電源通過(guò)電阻R 對C 充電, 使電容正極上的電壓慢慢上升, 大約經(jīng)過(guò)100ms達到高電位使施密特觸發(fā)器翻轉、使系統被復位。電路設計如圖3所示。

圖3. TC35i的IGT電路。

2. 2. C8051F020與PC 機的串口電路的設計

串行接口E IA - RS- 232C 標準對電器特性、邏輯電平和各種信號線(xiàn)功能都作了規定, RS- 232- C采用負邏輯規定邏輯電平。RS- 232C 不能和單片機的TTL電平( TTL 以高低電平表示邏輯狀態(tài))直接相連, 否則將使TTL 電路燒壞。本設計中C8051F020與PC 機的串行接口數據通信電路以SP3223E 芯片為核心, 實(shí)現電平轉換及串口通信功能。SP3223E 芯片供電電壓為3~ 5. 5V , 符合TIA /E IA - 232- F和ITUV. 28 /V. 24 標準。兼容5V 邏輯輸入, 內含2路接收、2路發(fā)送串行通信接口, 數據傳輸速率可達240 kbit/ s。具有低功耗、高數據速率、增強型ESD保護等特性。增強型ESD結構為所有發(fā)送器輸出和接收器輸入提供保護, 可承受?

15kV IEC 1000- 4- 2氣隙放電、? 8kV IEC 1000-4- 2接觸放電和? 15kV 人體放電模式。芯片的最大特點(diǎn)是, 在串行口無(wú)數據輸入的情況下, 可以靈活的進(jìn)行電源管理, 即當ONLINE 為低電平、SHUT.

DOWN 為高電平時(shí), ON - LINE 功能有效。在正常運行模式下, 若芯片在接收引腳沒(méi)有檢測到有效信號, 將自動(dòng)進(jìn)入SHUTDOWN 模式, 此時(shí)耗電luA。

在ON - LINE 功能有效時(shí), 如果檢測到接收或發(fā)送引腳有信號輸入, 該芯片自動(dòng)被激活, 轉入正常工作狀態(tài)。電路設計如圖4所示。

圖4. C8051F020與PC 機的串口電路。

3. 系統軟件設計

軟件的編寫(xiě)分為底層驅動(dòng)程序和應用層程序。

為了方便軟件編程, 需要針對硬件編寫(xiě)一些底層驅動(dòng)程序。首先是串行口的驅動(dòng)函數: 打開(kāi)串口( OpenComm )、關(guān)閉串口( C loseComm )、讀串口數據( fteadComm)、寫(xiě)串口數據(W riteComm) 等, 本系統中通過(guò)控件MSCCOMM 來(lái)完成。然后在這些串口函數的基礎上編寫(xiě)TC35i的驅動(dòng)函數。單片機通過(guò)串行口控制TC35i，控制方法采用標準的AT 命令集。在進(jìn)行短消息的發(fā)送時(shí), 還要對用戶(hù)數據按PDU 格式進(jìn)行編碼, 函數分別為Encode和Decode,在此基礎之上再編寫(xiě)應用層程序。這些底層的驅動(dòng)函數將會(huì )使上層協(xié)議的編寫(xiě)很方便, 更重要的是, 它提供了一個(gè)硬件抽象層。當底層硬件改動(dòng)時(shí), 只需要對底層的驅動(dòng)函數改動(dòng), 而上層函數的代碼不變。

軟件層次結構如圖5所示。

圖5. 軟件層次結構圖。

3. 1. 上位機軟件設計

上位機軟件是一個(gè)短信息通信的管理器, 運行在PC機上, 通過(guò)串口與單片機和TC35 i通信。上位機軟件由RS - 232串口參數設置、接收信息、發(fā)送信息、歷史記錄、發(fā)送命令等部分組成。上位機軟件用戶(hù)界面如圖6所示。

圖6. 上位機軟件用戶(hù)界面。

( 1) 發(fā)送短信息程序流程。

對于SIM 卡中的短信息, 可以顯示其編號、類(lèi)型、發(fā)送者號碼、信息正文和發(fā)送時(shí)間, 當發(fā)送短信息時(shí)應該先設置并檢查串口是否打開(kāi)和TC35 i模塊是否正確連接, 還要判斷目的手機和短信息中心號碼位數是否正確, 之后再發(fā)送AT 命令, 發(fā)送短信息程序流程圖如圖7所示。

圖7. 發(fā)送短信息程序流程圖。

( 2) 接收短信息程序流程。

若TC35 i接收到一條短信息, 將會(huì )發(fā)送一個(gè)提示信息, 串口*程序收到此提示信息, 就把短信息的內容顯示到文本框中, 短信息內容包括接收時(shí)間、發(fā)送時(shí)間、發(fā)送手機號、短信息正文。接收短信息程序流程圖如圖8所示。

圖8. 接收短信息程序流程圖。

3. 2. 下位機軟件設計

下位機采用C ygna l公司的C8051F020單片機,它具有2 個(gè)串口UART0 和UART1, 設計時(shí)UART0連接PC 上位機(接收端)或數據采集系統(發(fā)送端) , UART1連接TC35 i模塊, 兩個(gè)串口都是雙向通道, 這樣單片機既可以控制TC35 i發(fā)送數據, 又可通過(guò)TC35 i接收數據, 數據傳輸流向如圖9所示。

圖9. 單片機數據傳輸流向圖。

由于UART0的中斷優(yōu)先級比UART1要高得多, 如果用查詢(xún)的方式先處理UART0的請求, 再處理UART1的請求, 比中斷方式更有效率, 并且程序設計更為簡(jiǎn)單, 故本系統在單片機串口程序設計中采用了查詢(xún)方式。下位機軟件程序流程圖如圖10所示。

圖10. 下位機軟件程序流程圖。

4. 結束語(yǔ)

本文圍繞基于嵌入式無(wú)線(xiàn)CPU 短信息通信終端設計這一熱點(diǎn)課題, 闡述了相應的GSM 無(wú)線(xiàn)終端的設計方案、開(kāi)發(fā)方法和開(kāi)發(fā)過(guò)程。實(shí)現了能收發(fā)短信的無(wú)線(xiàn)CPU 終端, 完成了IGT啟動(dòng)電路以及單片機與TC35 i和PC 機的串行接口等硬件電路的設計。采用面向對象的設計方法完成了上位機軟件設計, 在單片機程序設計中, 用C51進(jìn)行編程, 對兩個(gè)串口的讀寫(xiě)采用輪詢(xún)方式, 由于篇幅有限程序代碼省略, 給出了程序設計流程圖。

在本終端平臺的基礎上, 對硬件和軟件進(jìn)行適當的調整和擴充就能設計成各種應用系統。