GPRS MODEM功能实现方案

GPRS MODEM整体实现方案

背景：

GPRS MODEM，是基于移动GSM/GPRS网络平台，内嵌工业级GSM/GPRS 无线模块的短信和上网设备。具有中文短信收发、英文短信收发以及无线上网功能。提供串口USB 标准接口，能直接与用户电脑或者工控设备连接，测试、使用灵活方便、性能优越。

软硬件设计方案

系统硬件

该系统硬件主要由单片机控制电路（CPU）、GPRS短信模块、USB接口电路、电源电路等部分组成：

电源电路

将PC端口（USB接口）的5.0V电压转换成系统各功能模块所需电压，并进行相关的电流匹配，使系统中的各芯片处于正常工作状态

主要器件选型：LM317T-ADJ，允许流通最大电流1.5A，长方形3引脚封装。（输出电压可调节的降压稳压器），为系统中各个模块提供实时可靠的电压与电流；LED灯（指示系统上电）。

●USB串行通信接口电路：

将CPU与USB总线相连、供串行通信，实现短信的收发、控制命令等的传输。

主要芯片选型：CH341T

CH341T功能介绍：高度集成的RS-232—USB接口转换器，可提供一个全双工异步串行通信装置与USB功能接口便利联接的解决方案，性能优良。

●GPRS短信模块：

采用无线工业模块，主要用来建立无线信道，并接受和发送短消息命令。GSM/GPRS模块功能要求：

1)支持双频EGSM/GPRS 900MHz/1800MHz模式，支持AT指令，短消息

功能完备;

2)易于集成;

3)具有SIM卡确认，供电、时钟、复位及SIM接口，其中SIM接口包括

SIMVCC、SIMRST、SIMDATA、SIMCLK和SIMPRES等；

4)提供一个符合V24协议的6线串行通信接口，包括TX、RX、RTS、CTS、

DTR、DSR；

5)提供DCD和RI信号接口、上电信号PowerON/OFF和复位信号RST。

6)电压范围可靠，拟3.0-6.0V之间。

GPRS模块的硬件接口配件：

电源与地：芯片工作电源一般为3.3/1.8V，考虑到工作中的各种损耗，常要

求模块的工作电源在3.7-4V不等，电源稳定性要求可靠，电量充足。设计中GPRS模块的电源从USB接口引入的+5V电压通过降压稳压而得。

主要芯片选型：LM317T-ADJ

SIM卡座：有翻盖型和抽屉型，鉴于设计中的GPRS模块选型为华为的

GTM900B模块，故我们拟定的SIM卡座是抽屉式的。

串口：GPRS模块与单片机之间一般通过串口进行通信，速率最快时可达

115200b/s，除开串口发送（TX）、串口接受（RX）之外，微控制器与GPRS 之间还有一些握手信号，DTR、CTS、DCD等。

因设计中GPRS处理模块（TC35I）的串口可直接与单片机（89C51）串口相连，所以在此不需多余的串口电路。

因设计中不需用到语音通话功能，故不需要求模块具有语音通话模块，即可

省去语音处理模块

天线及接口：天线接口常有MMCX、IPEX和SMA等，在设计中我们采用

了标准的SMA阴头天线接口，特性阻抗为50欧。

天线接口选型：SMA阴头天线

状态指示灯：TC35的SYNC引脚有两种工作模式，可用AT命令AT SYNC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TC35的工作状态。本模块设计中使用了后一种功能：当LED熄灭时,表明TC35处于关闭或睡眠状态；当LED为600ms亮/600ms熄时，表明SIM卡没有插入或TC35正在进行网络登录；当LED为75ms亮/3s熄时，表明TC35已登录进网络，处于持机状态。

GPRS模块选型：西门子的TC35I。目前市面上流行的较为认可的GPRS短信模块有：西门子的MC55I、TC35I，摩托罗拉的G24，这些模块普遍性能较好，功能齐全、实用性强。在电力、电子系统中，就性价比而言，西门子的TC35I模块可选性就最高。业内甚为认可，性能稳定，返修率低。

综合考虑器件的使用环境、功能以及对售后、价格方面的要求，在此拟选用西门子的TC35I GPRS模块。

●单片机控制核（CPU）：

控制各个模块的协调配合，对受到的短消息进行解释并进行相关操作。根据GPRS模块的功能特点可选用适当的主控芯片。鉴于性能、价格上的要求，此处我们可采用的是51系列单片机作为主控芯片。

主要芯片选型：PIC24FJ128GA010

●参数存储器：

存储系统运行所需的各类参数，如复位参数、AT命令参数等，供系统复位和CPU译码使用。

主要芯片选型：FM3264（64KKb存储容量，2.7-5.5V的工作电压），读写速度快，性能优越。

系统软件:

编程环境：MAPLAB IDE集成开发环境

编程对象：单片机控制内核

使用编程语言：单片机C

参考编程思路：

程序主控流程图：

主程序主要负责系统的初始化，包括单片机时钟设置、端口工作方式设置、串口设置(波特率、中断允许等)、默认系统数据的恢复(如时间设置、标志位清零等)、GPRS模块的初始化、中断初始化等。然后反复查询SIM卡网络注册情况，直到注册成功。最后进入低功耗模式，等待中断。

PC与单片机通信接口部分：

该部分包括收发短信的内容、机组工作数据的采集和反相控制命令的发送等，由串口RXD/TXD完成。

PC控制器通过USB总线传送多祯数据，数据内容包括收发短信的内容、机组运行状态、全部温度数据和输入/输出状态信息，以及故障信息等。短消息控制器内的单片机在串口RXD/TXD接受中断过程中判断并处理接受到的数据。

短消息收发：

功能要点：接收控制方发来的短消息并提取有效命令词、组装控制帧;采集到紧急故障信息时，或是需要反馈执行结果时，向控制方发送短消息。采用中断方式接收来自GPRS模块的信息。

单片机与GPRS模块间主要通过串口RX/TX进行通信，以AT命令来实现接收及发送的功能。

TC35i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。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、CCCLK、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：15为点火线IGT(Ignition)，当TC35i通电后必须给IGT一个大于100ms低电平，模块才启动；30为RTC backup，31为Power down，

32为SYNC。16~23为数据输入/输出，分别为DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。

TC35的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，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300bps~115kbps之间可选，硬件握手信号用RTS0/CTS0，软件流量控制用XON/XOFF，CMOS电平，支持标准的AT命令集。