基于TC35模塊的無線接入終端設(shè)計(jì)

基于TC35模塊的無線接入終端設(shè)計(jì)

Design of Fixed Wireless Terminal Device Based On GSM Module TC35

中國電子科技集團(tuán)公司第52研究所?？低晹?shù)字技術(shù)有限公司(杭州)   陸愛明

摘　要：GSM無線接入是GSM現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的一種移動(dòng)增值新業(yè)務(wù)。以GSM網(wǎng)絡(luò)作為語音通話、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以開發(fā)出多種無線接入設(shè)備和各類應(yīng)用。本文介紹了一個(gè)基于TC35模塊的無線接入終端產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：無線接入；TC35模塊；AT指令；單片機(jī)

　　2005年4月16日收到修改稿。陸愛明：從事微控制器系統(tǒng)硬、軟件開發(fā)工作。

引言

　　GSM無線接入終端是為了解決固定用戶布線難、部分地區(qū)裝機(jī)條件不足以及解決臨時(shí)通信問題的一種無線接入設(shè)備，它通過GSM網(wǎng)絡(luò)向用戶提供類似固定電話的接口。它是一種將普通電話機(jī)與900MHz/1800MHz移動(dòng)通信網(wǎng)連接并進(jìn)行通話的轉(zhuǎn)接設(shè)備。將它與任意一部雙音頻電話簡單連接后，用戶就可以方便地?fù)艽螂娫?，還可以使用移動(dòng)運(yùn)營商提供的各項(xiàng)服務(wù)，使用十分簡單方便。本文采用TC35模塊設(shè)計(jì)的無線接入終端具備與PSTN普通有人值守公話相同的功能，幫助移動(dòng)運(yùn)營商占領(lǐng)廣闊的固定電話公話市場。

無線終端的設(shè)計(jì)

電路組成

　　系統(tǒng)的硬件電路部分包括天線、CPU、GSM模塊、SLIC厚膜電路、電源和饋電輸出系統(tǒng)。CPU采用51系列單片機(jī)Atmel89C51，具有使用方便，抗干擾性好等特點(diǎn)。GSM模塊采用西門子公司的TC35工業(yè)控制模塊，來完成語音及數(shù)據(jù)通信，它提供的AT指令接口由CPU控制該模塊工作。電話機(jī)接口電路采用Mitel公司的MH88612B厚膜電路。

　　TC35模塊是整個(gè)GSM系統(tǒng)的核心，它工作在EGSM900和GSM1800雙頻段，可傳輸語音和數(shù)據(jù)信號(hào)，功耗在EGSM900（4類）和GSM1800（1類）分別為2W和1W，通過接口連接器和天線連接器分別連接到SIM卡讀卡器和天線。TC35摸塊提供RS-232數(shù)據(jù)口，采用AT賀氏指令，符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)GSM0707和GSM0705，內(nèi)置微控制器將GPS接收機(jī)和GSM模塊結(jié)合在一起。TC35的數(shù)據(jù)接口（CMOS電平）通過AT

　　命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，可選擇波特率為300bit/s~115kbit/s，自動(dòng)波特率為1.2kbit/s~115kbit/s。它支持文本和PDU格式的SMS（短消息），2.4k 、4.8k、9.6k的非透明數(shù)據(jù)和第3組的一類、二類傳真。可通過AT命令或關(guān)斷信號(hào)實(shí)現(xiàn)重啟和故障恢復(fù)。TC35模塊非常適合在最小功率下開發(fā)出GSM蜂窩設(shè)備，這蜂窩設(shè)備應(yīng)用部分構(gòu)成人機(jī)接口（MMI），通過單片機(jī)89C51的串行接口可接入TC35。TC35通過40芯ZIF連接蜂窩應(yīng)用部分，ZIF連接器提供控制數(shù)據(jù)、音頻信號(hào)和電源輸入線的應(yīng)用接口。圖1描述了單片機(jī)和TC35模塊的接口電路，需要注意的是TC35模塊是作為數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）來連接的，而不是像一般調(diào)制解調(diào)器作為數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）進(jìn)行連接。SLIC（Subscriber Line Interface Circuit）接口電路采用Mitel公司的MH88612B厚膜電路，它實(shí)現(xiàn)普通電話機(jī)與TC35連接，這個(gè)接口電路具有饋電、過壓保護(hù)、振鈴、監(jiān)視、編解碼、信號(hào)音產(chǎn)生器等功能。其中，信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生各種信號(hào)音，可通過硬件或軟件方法來實(shí)現(xiàn)。若用軟件實(shí)現(xiàn)，則將這些信號(hào)音進(jìn)行抽樣、量化、編碼成PCM數(shù)字信號(hào)后存在一個(gè)只讀存儲(chǔ)器中，然后再周期重復(fù)地讀出這些值就可以得到數(shù)字信號(hào)音。本設(shè)備采用硬件電路產(chǎn)生450Hz信號(hào)音。SLIC具有如下功能：1）鈴流信號(hào)----能提供話機(jī)振鈴所需的鈴流，它是一負(fù)高壓交流信號(hào)(-17V AC~ -90V AC)；2）摘掛機(jī)檢測信號(hào)-----提供話機(jī)摘掛機(jī)時(shí)的微處理器檢測信號(hào)，微處理器根據(jù)該信號(hào)的變化來判別出話機(jī)的摘掛機(jī)情況；3）語音信號(hào)接口—它具有與CODEC與DTMF相連的模擬語音信號(hào)接口，完成從話機(jī)到CODEC與DTMF或從CODEC到話機(jī)的模擬語音信號(hào)連接；它是話機(jī)與CODEC聯(lián)系的間橋梁；4）RJ11用戶線接口—連接話機(jī)。

　　電源提供整個(gè)系統(tǒng)所需的+5V、-5V、-48V以及AC75V鈴流等。饋電輸出系統(tǒng)主要提供外接電話或PABX系統(tǒng)所需的-48V饋電以及撥號(hào)音、忙音、回鈴音等信號(hào)。

　　終端系統(tǒng)工作電壓為5V DC。由于TC35模塊的突發(fā)耗電電流峰值可達(dá)3A，故外加的穩(wěn)壓器件必須達(dá)到足以提供TC35額定電流的條件。在本終端中，采用了開關(guān)電源芯片LM2576完成從12V到5V的轉(zhuǎn)換，作為對(duì)TC35終端的供電電源。必須特別注意的是，由LM2576芯片完成開關(guān)電源轉(zhuǎn)換需要大功率的電感（100uH）和電容，以提高儲(chǔ)能的能力，達(dá)到TC35的耗電需求。

　　TC35模塊支持8位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗(yàn)位，1位停止位數(shù)據(jù)傳輸。傳輸速率可以在4.8kbit/s~115kbit/s間自適應(yīng)。系統(tǒng)加電后，為使TC35進(jìn)入工作狀態(tài)，必須給IGT加一延時(shí)大于100ms的低脈沖，電平下降持續(xù)時(shí)間不超過1ms。啟動(dòng)后，IGT應(yīng)保持高電平（3.3V）。在驅(qū)動(dòng)IGT時(shí)，TC35模塊的供電電壓不能低于3.3V，否則TC35不能激活。

　　TC35數(shù)據(jù)接口工作在CMOS電平（2.65V）,通過74LVC07芯片電平轉(zhuǎn)換與單片機(jī)的串行口連接。數(shù)據(jù)接口遵從DCE的ITU-T  RS-232內(nèi)部交換電路標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)異步串行收發(fā)功能。ZIF連接器提供6個(gè)引腳給SIM卡接口，其中CCIN用來檢測SIM卡是插好。連接器的SYNC腳控制燈的狀態(tài)，以此判斷TC35的工作狀態(tài)。

電話終端的軟件實(shí)現(xiàn)

    TC35模塊采用AT賀氏指令集。單片機(jī)可以通過正確的AT指令對(duì)TC35模塊進(jìn)行初始化和通信數(shù)據(jù)的接收發(fā)送。

　　1) 上電初始化過程：AT&F<CR> 設(shè)置TC35參數(shù)為出廠默認(rèn)值。如返回<OK>說明正確；ATE0<CR>設(shè)置TC35不回顯從TE接收的字符。

　　2）電話機(jī)主叫時(shí)：用戶摘機(jī)，SLIC輸出SHK信號(hào)給CPU89C51的P12信號(hào)，CPU接到SLIC終端信號(hào)后，執(zhí)行送撥號(hào)音子程序（由P15控制），450Hz撥號(hào)音經(jīng)MH88612的VR腳輸出給外接話機(jī)，使之發(fā)出撥號(hào)聲音。當(dāng)主叫聽到撥號(hào)音后就可進(jìn)行撥號(hào)。撥號(hào)模擬信號(hào)經(jīng)SLIC的VX輸出給DTMF（MT8870），DTMF將其變成二進(jìn)制的8421碼并等數(shù)據(jù)有效后（S1D為高），由CPU輸出使TOE=1讀取D3~D0數(shù)據(jù)。

　　CPU在接收到第一個(gè)撥號(hào)號(hào)碼后就會(huì)停止對(duì)SLIC送撥號(hào)音信號(hào)，CPU收集用戶所撥的號(hào)碼，如果7秒內(nèi)沒有再輸入號(hào)碼，前面所輸入的號(hào)碼將由CPU向TC35自動(dòng)撥出。CPU采用AT指令向TC35發(fā)送ATD136XXXXXXXX。如用戶摘機(jī)后又掛機(jī)，則CPU向TC35發(fā)送ATH命令。若主叫所撥號(hào)碼符合要求，由GSM端處理；若被叫忙，TC35通知CPU，CPU執(zhí)行送忙音子程序；P15輸出控制信號(hào)（0.35秒/0.35秒間隔），450Hz信號(hào)音經(jīng)MH88612的VR引腳輸出給外接話機(jī)，聽筒聽到忙音，提醒主叫被叫忙。若被叫閑，則TC35通知CPU，CPU微處理器就執(zhí)行送回鈴音子程序，P15輸出控制信號(hào)（1秒/4秒間隔），450Hz信號(hào)音經(jīng)MH88612的VR引腳輸出給外接話機(jī)，聽筒聽到回鈴音。當(dāng)被叫摘機(jī)后，微處理器就停送回鈴音給SLIC，此時(shí)主叫和被叫就可以通話了。通話過程如下：當(dāng)只使用某一個(gè)話機(jī)時(shí)，主叫的話音信號(hào)經(jīng)SLIC的VX經(jīng)處理變換送給TC35的MICN1和MICP1端，同樣，被叫話音信息由TC35的EPP1和EPN1端信號(hào)經(jīng)處理變換給SLIC的VR端，從而完成主叫與被叫的通話。通話完畢，若被叫先掛機(jī)，微處理器要對(duì)SLIC送忙音，從而使主叫話機(jī)聽到忙音；若主叫先掛機(jī)，則微處理器就進(jìn)行相應(yīng)的操作。

　　3）電話機(jī)被叫時(shí)：當(dāng)CPU檢測串行口RXD接收到“RING”時(shí)，SLIC話機(jī)作為被叫方。CPU就控制SLIC產(chǎn)生鈴流信號(hào)，頻率為25Hz。該鈴流信號(hào)通過SLIC的Tip/Ring輸出到外接話機(jī)，使得話機(jī)產(chǎn)生振鈴。振鈴間隔由微處理器控制。當(dāng)用戶摘機(jī)，微處理器產(chǎn)生中斷，微處理器執(zhí)行相應(yīng)程序，停送鈴流，雙方進(jìn)入通話狀態(tài)。

TC35無線終端主要功能

　　1） 提供用戶交換機(jī)中繼功能：有撥號(hào)音、忙音、振鈴信號(hào)等完整的信號(hào)音功能；

　　2） 與任何一部雙音頻電話連接后，用戶可以方便地?fù)艽螂娫?，使用移?dòng)運(yùn)營商提供的各項(xiàng)服務(wù)；同時(shí)提供靈活的撥號(hào)定義機(jī)制，滿足不同地區(qū)用戶的呼叫習(xí)慣，滿足運(yùn)營商的業(yè)務(wù)限制；

　　3） 用于900MHz/1800MHz公眾移動(dòng)通信網(wǎng)，可以撥打國際、國內(nèi)長途電話、市內(nèi)電話、GSM移動(dòng)電話；可內(nèi)置撥號(hào)器功能，可以自行編程實(shí)現(xiàn)長途電話的多路由功能，如長途電話根據(jù)需要可以走193、17911路由；

　　4） 能自動(dòng)判斷被叫應(yīng)答并送反極信號(hào)，與標(biāo)準(zhǔn)電話計(jì)費(fèi)顯示器相連時(shí)便能顯示撥打號(hào)碼，產(chǎn)生金額，完成實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)。

結(jié)語

　　本文介紹的基于TC35模塊的無線接入終端設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)簡單，具有通信成本低、頻譜利用率高、業(yè)務(wù)種類多、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)軟件和硬件加以改動(dòng)還可以實(shí)現(xiàn)其他許多功能及多種應(yīng)用方案，例如無人值守?zé)o線公用電話，也可開發(fā)成具有數(shù)據(jù)功能，可接數(shù)字傳真機(jī)收發(fā)傳真、可接PC機(jī)上網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的無線接入固定臺(tái)。本文提出的設(shè)計(jì)方法可推廣應(yīng)用到基于TC35模塊的單片機(jī)短消息收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和基于CDMA模塊的無線接入終端的開發(fā)設(shè)計(jì)中。

參考文獻(xiàn)：

1.  Siemens. TC35/TC37 Hardware Interface Description,  Version 03.10，21.12.2001

2. Siemens. AT Command Set ,    Version 03.10  11.01.2002