无线传输技术及应用

无线传输技术及应用本选修课根据社会的实际需要，无线传输技术远程操作 方便的特点，选择了 TC35i无线传输方案。一课题用途：在工业方面：操作员用手机和电脑远距离监测、操作和 控制工厂的设备。在农业方面：进行植物生长发育的远程控 制。在生活方面：进行远程的LED宣传语控制。二课题方案：用传感器接收要测的数据，传到单片机上，通过TC35i 通信模块传输数据到操作人员的手机或者电脑上，操作人员 也可以通过现场的上位机进行监测和操作。上位机(LABVIE )单片机手机三.无线通信模块:31 TC35I介绍TC35i新版西门子工业GSM模块是一个支持中文短信息 的工业级GSM模块，TC35i由供电模块(ASIC)、闪存、ZIF 连接器、天线接口等6部分组成。作为TC35i的核心基带处 理器主要处理GSM终端内的语音和数据信号，并涵盖了蜂窝 射频设备中的所有模拟和数字功能。TC35i模块工作在EGSM900和GSM1800双频段，电源范围 为直流3.34.8V ,电流消耗一休眠状态为3. 5mA，空闲状 态为25mA，发射状态为300mA（平均）,2.5A峰值；可传输语 音和数据信号，功耗在EGSM900（4类）和GSM1800（1类）分别 为2W和1W ,通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡 读卡器和天线SIM电压为3V/1 8V, TC35i的数据接口（CMOS 电平）通过AT命令可双向传输指令和数据，可选波特率为 300b/s115kb/s,自动波特率为1.2kb/s115kb/s。它支 持 Text 和 PDU 格式的 SMS（Short Message Service,短消息）， 可通过AT命令或中断信号实现重启和故障恢复。其内部结构如图所示：TC35i模块内部结构图3.2 TC35i硬件设计1发射端发射端的模块TC35i模块有40个引脚，通过一个 ZIF（Zero Insertion Force，零阻力插座）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。TC35i的第15引脚是正电源输入脚 采用+4.2V,第610引脚是电源地。15脚是启动脚IGT, 它与89C51的P1.3 口相接，给IGT加一个大于100ms的低 脉冲，使TC35i进入工作状态。18脚RxD0通过2.2K电阻隔 离和单片机的第11脚TXD相连；19脚TxD0为TTL的串口通 讯脚，通过2.2K电阻隔离和单片机的第10脚RXD相连TC35i 使用外接式SIM卡，2429为SIM卡引脚，SIM卡同TC35i 是这样连接的：SIM 上的 CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC 和 CCGND 通过SIM卡阅读器与TC35i的同名端直接相连，ZIF连接座 的CCIN引脚用来检测SIM卡是否插好，如果连接正确，则 CCIN引脚输出高电平，否则为低电平。TC35i的第32脚SYNC 引脚有两种工作模式，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，可用AT命令AT+SYNC 进行切换。本模块32脚与单片机的P1.2脚连接，使用的是 后一种工作状态。其电路图如图所示：TC35i与89C51的接线图该设计中有三个难点，即TC35i的启动问题，电源问题, SIM卡问题，电平转换问题。在TC35i的启动电路中，必须满足下图所示的电平关系， 而在一般的的设计中采用施密特触发器等延时一段时间。在 给高电平，以达到启动TC35i的目的，电路结构复杂，稳定 性差，本设计中采用单片机的Pl3,利用单片机的延时，启 动TC35i,结构简单，性能稳定。篤器 /undefineddefinedTC35i启动电路中的电平关系2. 电源部分电源采用开关型高性能微波电路专用芯片LM2941CS，左 边第一引脚是电压调整端，提供128V的基准电压，可以通 过两个电阻的分压比灵活改变输出电压，本设计采用4.2V 电压。第二引脚是控制端，高电平时关闭模块，低电平时模 块正常工作，第三脚是地，第四脚是电压输入端，第五脚是 电压输出端。图4-4 LM2941CS实物图3.SIM卡电路SIM卡电路如下图4-5所示：O.luF O.luFluF4.电平转换部分TC35i的数据通信电路主要完成短消息收发、与单片机 通信、软件流控制等功能。由于TC35i采用5V供电，单片 机是用3.3V供电，要考虑俩者间的电平关系。本课程采用 串电阻的方法解决电平转换问题。41短消息部分SMS（Short Message Servie）短信息服务是GSM系统中 提供的一种GSM端（手机）之间，通过服务中心（Servi CeCenter）进行文本信息收发的应用服务，服务中心完成信 息的存储和转发功能。GSM模块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，因此也叫无线调制解调器。GSM模块网 络传输部分由于GSM网络在全国范围内实现了联网和漫游， 具有网络能力强的特点，无需另外组网，在极大提高网络覆 盖范围的同时为客户节省了昂贵建网费用和维护费用。利用 GSM短信息系统进行无线通信还具有双向数据传输功能，性 能稳定，为远程数据传送和监控设备的通信提供了一个强大 的支持平台。TC35i通信模块具备GSM无线通信的全部功能, 并提供标准的UART串行接口，支持GSM07.05所定义的AT 命令集的指令。因此，MCU能够非常方便地通过UART接口与 GSM模块连接，并直接使用AT命令就可以方便简洁地实现短 信息的收发、查寻和管理。1短消息定义短消息业务分为两种:一种是点对点短消息（SMS 一 PP）， 在用户之间传送信息;另一种是小区广播短消息（SMS 一 CB）， 类似于现在的寻呼，定期在一定的区域内重复广播交通流 量、天气状况等信息。不同于寻呼机的是短消息是一种双向 通信，GSM系统提供的短消息业务可以让网络端知道被叫方 是否收到所发的消息；如果传送失败，被叫方没有回答确认 消息，网络会保留所传的消息，一旦网络发现被叫方能够被 叫通时，就可以重发消息以确保被叫方能够收到，而且主叫 方还能够知道发送是否成功。短消息通信仅限于一个消息，换言之，一个消息的传输 就构成了一次通信。因此，业务是非对称的，一般认为移动 起始短消息传输与移动终接短报文传输是两回事。这并不阻 碍实时对话，但系统认为不同的消息彼此独立，消息的传输 总是由处于GSM外部的短消息服务中心(SMSC)进行中继，消 息有目的地或起源地但只与用户和SMSC有关，而与其他GSM 基础设施无关。短消息提供了一种小数据量(不大于140个 GSM短消息功能字节十六进制数)低成本、高可靠性的方便快 捷通信方式。它是利用GSM系统通信令信道的空闲带宽，在 电话拨号的同时，把消息发送到GSM的基站，再由短信中心 处理存储发送到接收方。发送方不须等待接收方准备就绪， 只要和基站联络好即可发送短信，基站收到后会自动与发送 方确认，再发送给接收方确认，发送短消息的费用很低。正 常情况下完成一次短信的发送时间大约20秒，但短信中心 在向下发送时如遇基站忙，将把短信推后发送，头一次是几 分钟，越往后推迟时间越长，短消息能否成功发送还与终端 所在地信号场强有关。GSM通过话路在需要传输大量数据时十分适用，通过申请数据传输功能，可采用终端接GSM手机, 中心可用普通电话机，一半是无线一半是有线的方式。2短消息的体系结构GSM标准中定义的点一点短消息服务使得短消息能在移 动台和短消息服务中心之间传递。这些服务中心是通过称为 SMS右MSC的特定MSC同GSM网络联系的。涉及的SMS管理协议图所示。涉及SMS管理协议图3. 发送短消息的GS初7系列协议简介目前SMS协议的最新版本是GSM07系列协议，它规定了 短消息传送的信道分配、编码规则、标准AT指令集等内容。 短消息业务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，在GSM07协议中规定它通过无 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 (DCCH)。DCCH为点对点双向控制信道，包括独立专用控制信 道(SDCCH)、快速随路控制信道(FACCH)和慢速随路控制信道 (SACCH)。短消息业务的传送在独立专用控制信道(SoccH)或 慢速随路控制信道(sACCH)进行，具体是在soccH还是sAccH 上传，这取决于业务信道(TCH)的使用。 当TCH未分配时，短消息在SDCCH上传； 如果短消息在SDCCH上处理是分配了 TcH,短消息传 递将停止并继续在TcH随路的sACCH上进行； 如果当短消息到达时，TCH已分配，则短消息在随路 SACCH上传递； 当采用TCH的实体结束其处理时，无线资源管理(RR) 子层可选择在SACCH继续进行短消息传递或将它转至SDCCH。通过以上SMS原理可以看出，SMS作为GSN网络的一种 主要电信业务，它的传递是可靠的，为基于它的各类新业务 的开发打下了坚实的基础。用于短消息的AT指令如表所示。用于短消息的AT指令AT指令功能AT+CMGCSend an SMS command (发出一条短消息命令)AT+CMGDDelete SMS message (删除 SIM 卡内 存的短消息)T+CMGFSelect SMS message format （选择短消息信息格式：0-PDU； 1-文本）AT+CMGLList SMS message from preferred store（列出SIM卡中的短消息信息格 式 PDU/text:O/REC UNREAD为未 读，1“REC READ”为已读，2“STOU NSENT”为待发，3/ “STO SENT”为已发，4/ “ALL”为全部的）AT+CMGRRead SMS message （读短消息）AT+CMGSSend SMS message （发送短消息）AT+CMGWWrite SMS message to memory （向SIM内存中写入待发的短消息）AT+CMGSSend SMS message from storage （从SIM内存中发送短消息）AT+CNMINew SMS message indication （显示新收到的短消息）AT+CPMSPreferred SMS message storage （选择短消息内存）AT+CPMSPreferred SMS message storage （选择短消息内存）AT+CSCASMS service center address （短消息中心地址）AT+CSCBSelect cell broadcast message messages（选择蜂窝广播消息）AT+CSMPSet SMS text mode parameters （设置短消息文本模式参数）4.2接收端接收端采用工业集成GSM模块，接收短信。当LED熄灭 时，表明TC35i处于关闭或睡眠状态；当LED为600 ms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75 ms亮/3s熄时，表明TC35i已登录进网络, 处于待机状态。此时可进行正常工作。4.3终端处理部分PC机采用VC+6.0实现MODEM通信。计算机与Modem是 通过RS-232异步串行口相连接的，其中计算机是数据终端设 备,Modem是数据通信设备。RS-232标准是美国电子工业协 会制定的专门为连接数据终端设备与数据通信设备制定的 串行接口标准。Microsoft Communications Control（以下 简称MSComm）是Microsoft公司提供的简化Windows下串行 通信编程的ActiveX控件。本软件采用MSComm控件事件驱 动法从串行端口获取数据。Modem通信步骤如下：1. 设置串口参数，打开通信端口，2. Modem初始化，3. 拨号建立链路，执行握手协议，4. 电话线接通，数据传输，5. 挂机，拆除链路。监控子系统的主要工作是发送遥控指令、接收数据信息、进行数据处理等。监控中心接收到数据采集子系统发送 的数据后，由监控计算机进行存储等处理，系统中的无线通 信子系统是以GSM手机模块TC35i为核心，依靠GSM网络平 台，完成SMS信息的发送与接收。整个系统的工作过程如下: 监控子系统通过GSM模块对数据采集子系统发送指令，发送 指令编码在短消息中；数据采集子系统接收到监控PC的短 消息后，通过对短消息解码，提取控制命令，执行相应的操 作，然后把操作结果编码成短消息串并传回监控子系统；监 控子系统接收数据采集子系统发回来的短消息并经过解码 后就可以得到所采集的数据。4.4 MAX232 芯片为了与单片机进行通信，需要加上电平转换电路。MAX232芯片是MAXIM公司生产的、包含两路接收器和驱动器 的IC芯片，其内部有一个电源电压变换器，可以把输入的 +5V电压变换成为RS-232C输出电平所需的10V电压。所以, 米用此芯片接口的串行通信系统只需单一的+5V电源就可以 了。MAX232芯片内部有两路电平转换电路。实际应用中，可 从两路发送接收器中任选一路作为接口，但要注意其发送和 接收的引脚必须对应。引脚Tlin或T2in可直接接TTL/CMOS 电平的单片机的串行发送端TXD； Rlout或R2out可直接接 TTL/CMOS电平的单片机的串行接受端RXD； Tlout或T2out 可直接接PC机的RS-232串行口的接收端RXD； R1in或R2in 可直接接PC机的RS-232串行口的发送端TXD.计算机的RS-232接口是通过计算机后面的9芯插座或25或 D型插座引出的。RS-232接口各信号的功能如所示。RS-232接口各信号的功能9脚D型插座25脚D型插座名称功能传 输 方 向32TXD传送数据OUT23RXD接收数据IN74RTS请求传送OUT85CTS允许传送IN66DSR数据装置就绪IN57GND地18DCD数据载波检测IN420DTR数据终端就OUT绪922RI振铃指示IN对于本设计,AX232的Rlout与TC35i的第18引脚RXD0 相连，Rlin与TC35i的第19引脚TXD0相连，MAX232的Tlin 与 89C51 的 TXD 相连,AX232 的 Rlout 与 89C51 的 RXD 相连。 实验心得：由于本课题选择的无限传输模式，当GSM基站的通信 令信道的空闲带宽比较忙时，导致控制信息和状态检测信息 无法快速的发到操作员手中。所以，在操作现场，我们也必 须有台计算机进行操作，保证远程控制不工作时，近程控制 工作，达到远程和近程共同协作完成工作任务。