張家港沙洲工學(xué)院 趙海蘭 邱茂盛 高金存

1.引言

隨著電子信息技術(shù)，控制技術(shù)的日益提升，社會信息化的逐步加快，人們的工作、生活和通訊、信息的關(guān)系日益緊密。信息化社會在改變?nèi)藗兩罘绞脚c工作習(xí)慣的同時，人們對遠(yuǎn)程控制的要求越來越高。比如智能家居控制系統(tǒng)就是將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器以及家庭保安裝置通過有線或無線的方式連接起來，并進(jìn)行集中或異地的遠(yuǎn)程監(jiān)控、管理。這也是GSM模塊在遠(yuǎn)程控制中的應(yīng)用，還有遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，遠(yuǎn)程水位控制系統(tǒng)，遠(yuǎn)程溫濕度控制等等，都可以用手機(jī)短信息模塊來遠(yuǎn)程完成。

2.C8051F020單片機(jī)的功能及特點(diǎn)

C8051F020單片機(jī)是美國Cygnal公司新推出的一種兼容51內(nèi)核的單片機(jī)，是一款完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片(SOC)，它在一個芯片內(nèi)集成了構(gòu)成一個單片機(jī)數(shù)據(jù)采集或控制系統(tǒng)所需要的幾乎所有模擬和數(shù)字外設(shè)及其它功能部件。這些外設(shè)或功能部件包括：ADC、可編程增益放大器、DAC、電壓比較器、電壓基準(zhǔn)、溫度傳感器、UART、SPI、可編程計數(shù)器/定時器陣列(PCA)、內(nèi)部振蕩器、電源監(jiān)視器等等，正是這些外設(shè)部件的高度集成為小體積、低功耗、高可靠性、高性能等特點(diǎn)，使我們的檢測與控制的硬件大大簡化。下面是C8051F020單片機(jī)的簡要特點(diǎn)

①內(nèi)核采用流水線結(jié)構(gòu)，速度可達(dá)25MIPS（25MHz晶振），比普通的51快10倍；指令與標(biāo)準(zhǔn)51系列兼容，22個矢量中斷源。JTAG調(diào)試方式，支持在系統(tǒng)、全速、非插入調(diào)試和編程，不占用片內(nèi)資源。通過JATG接口可以使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)品上的單片機(jī)進(jìn)行非侵入、全速及在系統(tǒng)調(diào)試，為此保證了精確模擬外設(shè)的性能。

②片上集成64KB Flash，地址為0x0000～0Xffff..注意：該存儲器中有512B保留給工廠使用，不能用于存儲用戶程序。有多達(dá)64位IO口線，所有口線可編程為弱上拉或推挽輸出。8位500ksps可編程增益ADC，2路12位DAC，2路模擬比較器，內(nèi)部電壓基準(zhǔn)，片內(nèi)精確的VDD電源監(jiān)視和降壓檢測、看門狗。由于C8051F020的高集成度，避免了外擴(kuò)ROM、RAM、A/D、D/A、Watchdog、可編程I/O口、EEPROM（用片內(nèi)Flash實現(xiàn)），大大簡化了硬件電路，為形成以C8051F020為核心的單片系統(tǒng)創(chuàng)造了條件，從而可提高系統(tǒng)的可靠性。

③除了內(nèi)部提供5個16位的通用定時/計數(shù)器外，C8051F020還提供1個片內(nèi)編程的計數(shù)器/定時器陣列(PCA)，PCA包括1個專用的16位計數(shù)器/定時器，5個可編程的捕捉比較模塊，時間基準(zhǔn)可以是下面的6個時鐘源之一：系統(tǒng)時鐘/12；系統(tǒng)時鐘/4；定時器0溢出；外部時鐘輸入；系統(tǒng)時鐘和外部振蕩頻率/8。每個捕捉模塊都有6種工作方式：邊沿觸發(fā)捕捉、軟件定時器、高速輸出、8位脈沖寬度調(diào)制器，頻率輸出、16位脈沖寬度調(diào)制器。

④C8051F020內(nèi)部具有2個全雙工UART、SMBUS/I2C總線和SPI總線，每種串行總線都完全用硬件實現(xiàn)，都能向CIP51產(chǎn)生中斷，這些串行總線不共享定時器、中斷或I/O端口，所以允許用戶全部同時使用。C8051F020片內(nèi)具有JTAG接口和邏輯，為生產(chǎn)和在系統(tǒng)測試FLASH存儲器的讀和寫操作，以及非侵入式在電路調(diào)試提供邊界掃描功能，片內(nèi)接口完全符合IEEE1149.1規(guī)范。

⑤C8051F020能夠滿足絕大多數(shù)工業(yè)測控節(jié)點(diǎn)的要求，能夠形成以C8051F020為核心的單片系統(tǒng)；配以外圍測量單元，可以形成完整的測控節(jié)點(diǎn)，提高系統(tǒng)的可靠性。

3.TC35I模塊的軟硬件設(shè)計

3.1 TC35I模塊的組成

TC35I是Siemeils公司推出的新-代無線通信GSM模塊。自帶RS232通訊接口，可以方便地與PC機(jī)、單片機(jī)連機(jī)通訊?？梢钥焖?、安全、可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù)(Short Message Service)。TC35I模塊的工作電壓為3.3-5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz兩個頻段，所在頻段功耗分別為2w(900M)和1w(1800M)。

模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU模式，該模塊還具有電話簿功能、多方通話，漫游檢測功能，常用工作模式有省電模式、IDLE、TALK等模式。通過獨(dú)特的40引腳的ZIF連接器，實現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號、及控制信號的雙向傳輸。通過ZIF連接器及50Ω天線連接器，可分別連接SIM卡支架和天線。TC35I模塊的通訊全部采用AT+xxx完成。TC35I模塊首次使用時，首先要測試其工作是否正常，由于其自帶RS232接口，所以我們可以用PC機(jī)的串口調(diào)試軟件進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試窗口如下：

圖1

圖1所示窗口中，AT+CNMI是新消息提示命令。當(dāng)存儲位置設(shè)置好后，我們必須要知道短信息什么時候有新短信息到來，這時候我們就要用AT+CNMI指令來設(shè)置短消息到來時的設(shè)置方式。AT+CNMI=2，1此命令的作用是當(dāng)有新的短信息時給予提醒并顯示存儲位置，同時還會將信息存儲到默認(rèn)的內(nèi)存位置，如果在接收窗口中返回了“OK”，說明設(shè)置成功了。利用以上串口可以這樣去分別實現(xiàn)以下各功能：

1){1.AT+CMGF=1(文本格式)；2.AT+CMGS=撥打的對方手機(jī)號碼；3.立刻輸入發(fā)送內(nèi)容；4.鉤上“十六制發(fā)送”，然后輸入1A，發(fā)送。}

上面就是實現(xiàn)發(fā)送短信的文本格式(只可以發(fā)送字母和數(shù)字，不可以輸入文字)。

2){1.AT+CMGF=1；2.AT+CNMI=2，1；3.AT+CMGR=4(上一步顯示幾，就寫幾)}

這幾步可以實現(xiàn)接收短信。

3){1.AT(握手指令)；2.ATD+對方手機(jī)號；3.AT+CLIP=1(顯示來電顯示)；4.ATA(接通電話)；5.ATH掛斷電話）}

這幾步實現(xiàn)手機(jī)打電話、接電話、掛電話的。

3.2 單片機(jī)控制TC35的方法

單片機(jī)控制TC35I模塊只需設(shè)計一個TTL轉(zhuǎn)RS232電平電路，連接到MCU的UART口，另一端直接連接到TC35I。單片機(jī)串口設(shè)置成模式1(9600,N,8,1)，依次將AT+xxx以ASCII碼形式輸出到UART口；接收TC35的數(shù)據(jù)采用中斷方式。這里給出部分AT指令的定義。程序見下：

uchar code AT[]="AT"；//握手信號

uchar code ATE[]="ATE"； //關(guān)回顯

uchar code AT_CNMI[]="AT+CNMI=1,1,2"；//AT+CNMI=2,1設(shè)置這組參數(shù)來了新信息直接顯示到串口，不作存儲

uchar code AT_CMGF[]="AT+CMGF=1"；//設(shè)置短信的格式為text格式

uchar code AT_CMGR[]="AT+CMGR="；//讀取短信指令

uchar code AT_CMGS[]="AT+CMGS="；//發(fā)送短信指令

uchar code AT_CMGD[]="AT+CMGD="；//發(fā)送短信指令

uchar code successfully[]="Operate Successfully！"； //發(fā)送操作成功信息到目標(biāo)號碼

uchar code fail[]="Operate failed,try again！"； //發(fā)送操作失敗信息到目標(biāo)號碼

簡單的短消息初始化函數(shù)模塊如下：

GSM模塊初始化后，再把串口中斷初始化，發(fā)送AT指令，單片機(jī)接收信息并判斷解析要執(zhí)行的內(nèi)容。如果發(fā)送AT指令時出現(xiàn)問題時，首先確定你的串口發(fā)送數(shù)據(jù)是否正常，發(fā)送每一條AT指令后都要按ENTER鍵。

3.3 TC35I模塊與MCU的硬件連接方式

圖2 TC35I硬件引腳圖

單片機(jī)與TC35I一般采用串行異步通信接口，具有紅外和通信電纜兩種連接方式其中電平轉(zhuǎn)換及串口通信功能以TI公司的MAX3238芯片為核心，通信速度可設(shè)定，通常為19200bps。采用紅外接口的優(yōu)點(diǎn)是單片機(jī)系統(tǒng)與手機(jī)電氣隔離，相互不干擾，接口各自獨(dú)立，使用方便；缺點(diǎn)是通信距離較短，紅外傳播的方向性對接口相對位置有要求。采用電纜連接時，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃暂^好；其主要缺點(diǎn)是接口的電氣參數(shù)不兼容，設(shè)計不當(dāng)時就會對手機(jī)的通信質(zhì)量產(chǎn)生影響。這個單片機(jī)系統(tǒng)其實就是一個具有GPRS功能的GSM手機(jī)模塊加上單片機(jī)控制系統(tǒng)，GSM手機(jī)模塊主要是用來建立無線信道，接收和發(fā)出短消息。單片機(jī)系統(tǒng)用來控制手機(jī)模塊，并且對收到的短消息信息進(jìn)行解釋并執(zhí)行。圖2是手機(jī)短信模塊的引腳圖：

其中：24—29引腳為SIM卡引腳，分別為CCIN,CCRST,CCIO,CCCLK,CCVCC和CCGND。

4.小結(jié)

短消息服務(wù)作為GSM網(wǎng)絡(luò)一種基本業(yè)務(wù)，已得到越來越多的系統(tǒng)運(yùn)營商與開發(fā)商的重視，基于這種業(yè)務(wù)的各種應(yīng)用也蓬勃發(fā)展起來了，GSM模塊在短信息方面的應(yīng)用最具優(yōu)勢。利用此GSM模塊可以發(fā)送短信息到CPU，然后遠(yuǎn)程控制家里的燈的開關(guān)，還可以發(fā)信息遠(yuǎn)程控制家里的各種電器比如空調(diào)的開關(guān)，還可以實現(xiàn)家里有異常時實時報警到手機(jī)里。還可以用在無線抄表系統(tǒng)，遠(yuǎn)程控制溫濕度等等?？梢栽谏衔粰C(jī)上用VB做好界面，利用短信息模塊接收下位機(jī)的信息，用PC機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控家里的各種電器的運(yùn)行狀態(tài)。這也是目前物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域研究應(yīng)用很多的一個領(lǐng)域。

[1]GSM模塊使用說明書[S].天祥電子.

[2]Siemens TC35/TC37 Hardware Interface Description Vision 03.10.

[3]AT Command Set for TC35,TC37 and TC35 Terminal 03.10.

[4]劉艷玲.采用MAX232實現(xiàn)MCS-51單片機(jī)與PC機(jī)的通信[J].天津理工學(xué)院學(xué)報,1999(2):57-61.

[5]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程:入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009,1.