移动通信系统实训报告通信10-1班
北京工业大学耿丹学院
移动通信系统实训报告
班 姓 名:
2013年10月16日
摘 要
GSM系统原是泛欧数字移动通信的简称,是欧洲有点主管部门会以为开发数字蜂窝移动通信而在1982年成立的机构。1978年,欧洲15个国家的电信业务经营者在哥本哈根一个谅解备忘录,简称MOU。他是关于实现泛欧900MHz数字蜂窝移动通信标准的备忘录。随着移动通信设备的研制与开发及数字蜂窝移动通信网建立,GSM就逐步成为了欧洲数字移动通信系统的代名词,欧洲的专家们将GSM重新命名为“Global System For Mobile Communication”,从而使其变成了“全球移动通信系统”的简称。
电话基本业务在GSM系统中已被充分利用,而且非语音数据的应用也已经在GSM系统中开始使用。移动用户可以使用数据业务例如传真、短消息和数据传输。补充的ISDN服务使这些都成为可能。因而,GSM PLMN系统不仅仅简单是一个电话系统,它已是一个完整的通信系统。
本次设计主要涉及GMS系统的拨打、接听电话,收、发短信,来电显示,检测系统。详细的设计并绘制了GMS系统的原理图和PCB图,分别阐述了SIM300C的各模块电路,了解并使用AT命令建立简单的手机系统。完成了信号测试,测试返回,主、被叫,短信的发送等。
关键词: GSM系统;SIM300芯片;AT命令;PCB
Abstract
Pan-European GSM system was originally short for digital mobile communication system,the Conference of European Post and Telecommunications authority for the development of digital cellular mobile communication system in1982 established.
In 1978, 15 European countries,the telecommunications business operators in Copenhagen signed a memorandum of understanding referred to as MOU. It is on the realization of the pan-European digital cellular mobile communication standard 900MHz memorandum. With the mobile communications equipment research and development and the establishment of digital cellular mobile communication network, GSM will gradually become a European digital mobile communication system synonymous.GSM European experts will be rename & quot;
Basic telephone service in the GSM system has been fully utilized, but the application of non-voice data in the GSM system has been started. Mobile users can use the data services such as fax, short message and data transmission. ISDN supplementary service enables these have become possible. Thus, GSM PLMN system is not simply a telephone system, which is a complete communication system.
This design mainly involves GMS system make and receive calls, sending and receiving text messages, caller ID detection system. Detailed design and draw the GMS system schematic and PCB were elaborated SIM300C each module circuit, understand and use the AT command to create a simple mobile phone system. Complete signal test, test the return, the Lord, called, sent text messages and so on.
Key Words:GSM;SIM300C;AT command;PCB
目 录
摘 要.......................................................................................................................... II Abstract ......................................................................................................................... III
第1章 绪论 ............................................................................................................... 3
1.1 实训的目的与意义 ........................................................................................ 3
1.2 国内外文献综述 ............................................................................................ 3
1.3 本研究课题的来源及主要研究内容 ............................................................ 3
第2章 绘制原理图及PCB图 ................................................................................... 5
2.1 设计思路 ........................................................................................................ 5
2.2 SCH原理图的绘制 .......................................................................................... 6
2.3 SCH原理图的PCB制图 .................................................................................. 6
第3章 SIM300C模块外围电路分析 ........................................................................ 7
3.1 电源部分设计 ................................................................................................ 7
3.1.1 设计要求 ............................................................................................. 7
3.1.2 电路结构 ............................................................................................. 7
3.1.3 电源部分抗干扰和保护电路 ............................................................. 7
3.1.4电源电路设计注意事项 ...................................................................... 8
3.2 SIM卡接口电路 .............................................................................................. 9
3.3 MIC/SPK接口电路 ........................................................................................ 10
3.3.1 音频抗干扰电路分析 ....................................................................... 10
3.3.2 其它抗干扰和保护电路 ................................................................... 11
3.3.3 音频电路设计注意事项 ................................................................... 11
第4章 AT命令......................................................................................................... 12
4.1 硬件的连接 .................................................................................................. 12
4.2 AT命令的定义 ............................................................................................... 12
4.3 超终端的设置 .............................................................................................. 13
第5章 设计简单的手机系统 ................................................................................. 14
5.1 完成信号测试 .............................................................................................. 14
5.2 完成主、被叫 .............................................................................................. 14
5.3 完成短信的收发 .......................................................................................... 14
5.4 完成来电显示 .............................................................................................. 14
5.5 界面设计 ...................................................................................................... 15
总 结........................................................................................................................ 16
参考文献...................................................................................................................... 17
附 录........................................................................................................................ 18
1 原理图及PCB图 ............................................................................................ 18
2 源代码 ............................................................................................................. 20
第1章 绪论
1.1 实训的目的与意义
本实训课程通过将计算机与商用GSM模块有效整合成一个系统,使学生通过多个模块的实训理解移动通信的各个实现和工作环节,了解语音通信在移动通信系统中的建立及实现过程,了解短信在移动通信系统中的建立及实现过程,以及中文短信编码方案,通过实训体会中国移动的GSM在实际应用中信号强度等参数的理论及实际含义。
通过本实训课程加深学生对理论的理解又能用学习的理论指导实验,避免互相脱节的麻烦,获得理论与实践的双赢。
本实训课程项目以组为单位进行,每组分为硬件部分,软件部分,文档及资料部分。学生按照自愿的原则进行分组,分组后再通过组内讨论的办法,确定自己在小组中应完成部分的题目要求。
1.2 国内外文献综述
GSM是20世纪初应用最为广泛的移动电话标准。那时全球超过200个国家和地区超过10亿人正在使用GSM电话。所有用户可以在签署了“漫游协定”移动电话运营商之间自由漫游。GSM较之前它以前的标准最大的不同是它的信令和语言信道都是数字式的,因此GSM被看作是第二代(2G)移动电话系统。这说明数字通讯很早就已经构建到系统中。GSM是一个当前由3GPP开发的开放标准。目前,SIMCOM,SIEMENS等公司提供了GSM模块。
GSM属于第二代(2G)蜂窝移动通信技术。2代的说法是相对于应用于80年代的模拟蜂窝移动通信技术以及目前正逐渐进入商用的宽带CDMA技术。模拟蜂窝技术被称为一代移动通信技术,宽带CDMA技术被称为第三代移动通信技术,即3G。
1.3 本研究课题的来源及主要研究内容
基于GSM的短信信息服务,是一种在移动网络上传送尖端信息的无线应用,是一种信息在移动网络上存储和转寄的过程。由于公众
GSM网络在全球范围内实现了联网和漫游,建议上述系统不需再组建专用通信网络,所以具有实时传输数据功能的短信应用将得到迅速普及。开发设计基于GSM网络的温度数据采集与无线传输系统正是借助该网络平台,利用短信息业务实现数据的自动双向传递。
本系统有数据采集部分、数据接收和发送部分、终端处理部分三个模块组成。数据采集模块将采集到的温度数据存入存储器中。数据收发模块采用双单片机共用E2RPOM的方式,单片机2控制数据存储器转入E2PROM中;单片机负责将数据从E2PROM中读出,并经GSM模块借助GSM网络将数据发送。单片机不仅控制数据的发送,也控制数据的接收。在这里,E2PROM是温度数据临时的储存和上传中转站。中断处理模块负责将接收到的数据交给计算机处理,并将处理后的结果存放到数据库中,以供查询。当终端处理模块需要向GSM模块发送控制命令时,GSM模块接收过程正好与上述过程相反,从而实现数据的自动双向传递。
GSM是采用FDMA(频分)与TDMA(时分)制式相结合的一种通信技术,其网络中有用户分时使用不同频率进行通信。在GSM900频段,25MHz的频率范围划分为124个不同的信道,每个信道带宽为200K,每个信道含8个时隙,即GSM900M频段在同一区域内,可同时供近1000个用户使用。而CDMA是采用码分多址技术的一种通信系统,在这个系统中所有用户都是用同一频率。
第2章 绘制原理图及PCB图
2.1 设计思路
设计采用如下芯片MIC29302BT、移动通信芯片SIM300C、电平转化芯片MAX232、单片机主控芯片STC80C516RD+。先通过电路图绘制,SCH图绘制,PCB板的设计,PCB板印刷,整个模块焊接,来完成通信模块,然后通过PC机实现软件测试与模拟,最后通过单片机实现对短信电话收发的控制。
由于SIM300C模块在发送的时候电流约2A,会因线路阻抗产生压降使VBAT电压不稳,所以在设计电源电路的时候需要注意以下问题。
1、对模块的供电应该有大于2A的裕量。
2、为了减小线路阻抗增强VBAT稳定性,电源线应该尽量宽,走线应该尽量短。
2.2 SCH原理图的绘制
在protel软件的设计平台之上,通过元件库画出了SCH原理图,它分为显示模块图 4-2,单片机最小系统模块图 4-3。两个模块通过图形生成符号,再通过网络号映射的方法将其相连接图 4-4。SCH原理图参见附录。
2.3 SCH原理图的PCB制图
在画好的SCH原理图的基础之上,通过菜单栏DESIGN-CREAT NETLIST生成网络表文件,再在空白PCB中导入该网络表文件生成初始文件。然后先采用自动布线,再手动布线对部分线进行美观处理,调整好了之后,对PCB文件覆铜,PCB设计布局
图 2-2
PCB设计布局
第3章 SIM300C模块外围电路分析
3.1 电源部分设计
3.1.1 设计要求
模块正常电源工作电压范围:3.4V~4.5V
电源电路选择原则:当输出电压值与输入电压值比较接近时,可以采用串联型稳压电源;当输出电压值与输入电压值相差比较大时,建议采用开关型稳压电源,以提高电源的利用效率
3.1.2 电路结构
输入电路:实际的电源输入电路应具抗浪涌、静电、群脉冲等共模与差模干扰的能力
电源管理芯片:芯片选择要考虑模块在发射期间的峰值功率(7W~8W)及峰值电流(2A)
输出电路:加入滤波电路及去耦电路(0.001UF电容或0.1UF电容);若采用LDO的串联稳压电源(如MIC29302)则需在输出端接一空载负载电阻,以保证空载时输出电压之稳定
电池连接方式:若采用镍氢电池则建议将电池接至电源管理芯片前级;若采用锂电池则可直接接至电源开关处,通过电源开关将电池电压加于模块VBAT端(电池与电源管理芯片MIC29302BT间需接一单向二极管,以隔离电源管理芯片输出级电路对电池的影响)
3.1.3 电源部分抗干扰和保护电路
电源部分电路的干扰从传输路径看分为传导型干扰和辐射型干扰,传导型干扰对模块产生影响的干扰主要为差模或单极性的干扰信号,而辐射型干扰在PCB板上易产生共模型干扰信号(辐射型干扰可以采用屏蔽措施进行抑制),现介绍一些干扰抑制电路,以增强电路的抗干扰能力
TVS管具有响应速度快,对静电有较好的抑制效果,同时对浪涌干扰也具备一定的抑制能力(抑制原理是将单极性干扰信号转变成共模信号,将差模干扰信号短路);在选择TVS管时,其开启电压应该由所要保护电路的工作电压决定(一般要求其关断电压要约大于正常
工作电压1V—2V左右,但相差不能太大,否则有可能起不了保护的作用)
差模抑制电感可以抑制差模干扰信号和单极性干扰信号(抑制原理是阻止干扰信号进入电路系统);并同时可以抑制模块电路系统对外围供电电源的影响(有一定的去耦作用)
滤波电容作用一是可以去除直流电源中的交流脉动分量;二是当输出电压降低时可以作为临时电源为后级电路提供电能(增强电源的电流供给能力),所以从这个意义上考虑在电源输出级同时并联两个滤波电容比并联一个大容量电容效果更好
去耦电路的作用是滤除模块系统对外围供电系统造成的干扰,同时也可以滤除外界传导进入的相应频率的差模或单极性干扰信号;常用0.1UF或0.001UF的去耦电容;若采用并联去耦电容来达到更好的去耦效果,则并联去耦电容的容值要相差100倍。
3.1.4电源电路设计注意事项
考虑电源功率(峰值功率7W~8W,峰值电流2A)
抗干扰之兼容设计,除前面介绍的抗干扰措施外,为了提高模块的抗干扰能力,建议将客户端PCB板与模块金属屏蔽罩相接触的地方大面积铺地并露铜,并使模块屏蔽罩与PCB露铜部分接触良好
在外部输入电源与模块系统间可串入感性器件以达到更好的干扰抑制效果,而在电池与模块系统间不要串接任何器件,以避免对电池供电系统造成影响
对于电路系统中有实际接大地的情况(如产品外壳),应考虑对共模干扰的抑制
若采用多层板,电源走线最好走外层,以利于PCB板的散热(模块正常工作的环境温度:-20度~+55度)
图
3-1
电源部分
图 3-2 网络状态指示模块 图 3-3 工作状态指示
3.2 SIM卡接口电路
SIM卡电源电压由模块内部可控LDO提供,支持1.8V和3V的SIM卡。SIM卡接口电路采用I2C二线式结构,通过串行时钟线和串行数据线完成串口数据传输,其时钟线时钟频率为13MHz/4;串行数据线须用一10K电阻上拉到SIM卡电源上,以保证数据传输的正确性。
抗干扰及保护电路:ESD器件能对静电进行抑制,SIMRST、SIMCLK、SIMDAT三线上串入的10K电阻有抗传导型干扰的作用
图3-4
SIM
卡接口电路
3.3 MIC/SPK接口电路
3.3.1 音频抗干扰电路分析
图 3-5 MIC/SPK接口电路
音频部分电路属于小信号电路系统,易受干扰,所以音频抗干扰电路有着非常重要的作用。音频抗干扰电路的分析也从传导型干扰和辐射型干扰入手进行分析:
传导型干扰(如电源传导干扰等)
因传导型干扰能对模块造成影响的只有差模干扰和单极性干扰信号两种,所以 抗传导型干扰有两种方式:一是以堵为主,如采用电感、低频磁珠或RC电路等串入传导干扰路径中,以阻止干扰信号的通过;
将差模干扰信号短路、将单极性干扰信号变成共模信号,以达到减小或消除干扰信号对音频电路的干扰的目的,如C130、C131
辐射型干扰
辐射型干扰在PCB板上的同一块区域主要产生共模型干扰信号,对于采用差分双端输入方式的对称型电路,其影响不大,若对音频性能影响较大,则可采取如下措施解决:
对称法,包括电路原理图的对称 和PCB板上电路走线(如平行走线、平行线的各参数尽量保持一致等)的对称
并联电容旁路法,以地为参考基准点,将干扰信号短路到地,使其减小或消除对音频电路的干扰;此法在前述电路中已应用
,如前述
抗RF干扰中应用的各对地并联电容,其容值等参数如前所述
另外为了对抗其它辐射干扰,在PCB板上常采用用大面积的地将音频信号走线包住,以减小辐射干扰的强度
3.3.2 其它抗干扰和保护电路
因模块内部的音频处理电路抗强干扰(如ESD等)的能力有限,导致在实际使用过程中出现音频电路硬件损坏的情况,所以建议在MIC电路输入端和SPEAKER电路输出端加入一些TVS管或SPARK点,以快速泄放强干扰的能量,以达到保护音频硬件电路之目的
3.3.3 音频电路设计注意事项
为音频供电的电源电压应保持稳定,避免干扰从电源串入(如217HZ干扰等),为音频提供电源的LDO等器件必须具备抑制217HZ干扰的能力
为提高抗辐射干扰的能力,尽量使用对称法;为提高抗传导干扰的能力,应采用“堵”、“短路”、“单极信号变共模信号“等方法
在MIC输入端和SPEAKER输出端须加一些保护电路,以避免音频硬件电路损坏
若采用多层板,音频走线应走内层,且应远离时钟线、RF等干扰源,在有条件的情况下可以用地线将音频走线包住
图 3-6
SIM300C音频接口电路
第4章 AT命令
4.1 硬件的连接
个人计算机上的通讯接口之一,由电子工业协会(Electronic Industries Association,EIA) 所制定的异步传输标准接口。通常RS-232接口以9个引脚 (DB-9)或是25个引脚(DB-25)的型态出现,一般个人计算机上会有两组RS-232接口,分别称为COM1和COM2。
RS-232-C标准规定,驱动器允许有2500pF的电容负载,通信距离将受此电容限制,例如,采用150pF/m的通信电缆时,最大通信距离为15m;若每米电缆的电容量减小,通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送,存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题,因此一般用于20m以内的通
信。
图 4-1 RS232 9针接口 图 4-2 RS232线连接示意图
4.2 AT命令的定义
AT即Attention,一种是调制解调器命令语言。,AT指令集是从终端设备(Terminal Equipment,TE)或数据终端设备(Data Terminal Equipment,DTE)向终端适配器(Terminal Adapter,TA)或数据电路终端设备(Data Circuit Terminal Equipment,DCE)发送的。通过TA,TE发送AT指令来控制移动台(Mobile Station,MS)的功能,与GSM 网络业务进行交互。用户可以通过AT指令进行呼叫、短信、电话本、数据业务、传真等方面的控制。90年代初,AT指令仅被用于Modem操作。没有控制移动电话文本消息的先例,只开发了一种叫SMS BlockMode的协议,通过终端设备(TE)或电脑来完全控制。由Hayes公司发明,已成为事实上的标准并被所有调制解调器制造商采用的一个调制解调器命令语言。
每条命令以字母
GSM模块与计算机之间的通信协议是一些AT指令集,AT指令是以AT作首,字符结束的字符串,AT指令的响应数据包在中。每个指令执行成功与否都有相应的返回。其他的一些非预期的信息(如有人拨号进来、线路无信号等),模块将有对应的一些信息提示,接收端可做相应的处理。
4.3 超终端的设置
开始――所有程序――附件――通讯――超级终端――输入区号0591――确定――取消――输入超级终端名称(随便取名)――连接时使用选“COM1”――选“还原为默认值”(一定要)――每秒位数选“19200”(要看设备要求,大部分设备为9600)――确定――按回车键,屏幕出现“用户名”和“密码”。
图
4-3 超级终端的设置
第5章 设计简单的手机系统
5.1 完成信号测试
当在输入框中输入AT(chr10)时,且发送数据
返回“AT OK”即可得知信号正常,若返回ERROR则信号有错误。
5.2 完成主、被叫
ATD1580103xxxx;’拨打电话,注意电话号码后面要加上分号“;” 注意这些指令全部在英文格式下输入。
当模块收到呼叫来电时,设置RING信号并向用户发送“RING”,然后等待用户应答呼叫。用户输入ATA命令后,返回OK即完成应答。
ATH即为挂断电话,该命令适用于主、被叫。
5.3 完成短信的收发
AT+CMGF=1‘设置GPRS模块发送信息,设置短信方式,返回“OK”。 AT+CMGS=
即可发送短信。
AT+CPMS=
返回+CMGR:
即可接受查看短信。
5.4 完成来电显示
AT+CLIP=0或1
当来电显示关闭时,如果来电话,将显示“RING”;当来电显示打开(AT+CLIP=1)时,如果来电话,将按如下方式显示:
RING
+CLIP:“15801030xxxx
5.5 界面设计
图 5-1
界面设计图
总 结
对于本次课程的实训安排,我深刻的了解了本模块的硬件结构,系统功能的实现方法:一种是通过PC控制,利用RS-232串口进行通信;一种是通过单片机编程直接对GSM模块进行控制。两种方式不能同时进行,所以可以选用跳线进行方式间的切换。由SIM300C构成的移动通信终端可以在PC串口程序或单片机控制下通过AT命令实现语音通信、短信收发、GPRS上网等功能。其中与语音通信相关的AT命令主要参考标准V.25terAT命令;与短信操作有关的AT命令主要参考GSM7.05\07.07及SIMCOM公司自定义的增强版AT命令。
完成移动通信以及相关课程的验证性实验,通过平台上的实验现象、实测实验数据、改写调试代码,我更加深刻地认识移动通信的工作原理以及工作过程。完成了相关的课题设计,在理解系统、子模块的基础上,进行了系统板的绘制和系统的开发设计。在进行参照系统方案进行实际的设计或进行的相应的二次开发。依托此平台进行产品的研发与调试,我也成功的在外围电路进行了相关的独立设计。
参考文献
[1] 基于SIM300C的GSM移动通信模块设计.金陵科技学院.http://www.docin.com/p-364771547.html.信息技术学院,2011年:1-2页
[2] http://www.doc88.com/p-[1**********]3.html.GSM手机工作原理介绍:2-3页
[3] 李辉.基于GSM短消息的无线通讯系统[D].南京:南京理工大学,2004.
[4] SIEMENS.AT Command Set Siemens Cellular Engines[Z].03.10.Siemens AG,2002.
[5] 李鸿.用单片机控制手机收发短消息[J].计算机与数字工程,2005
[6] 信息工程系实验室.北京工业大学耿丹学院.移动通信实训教程.2010
附
录
1 原理图及PCB图
图
1
图 2
图 3
图 4
2 源代码
Private Sub Command1_Click()
Dim n As String
n = Text1.Text
MSComm1.Output =
End Sub
Private Sub Command2_Click()
MSComm1.Output =
End Sub
Private Sub Command3_Click()
MSComm1.Output =
Text2.Text = MSComm1.Input
End Sub
Private Sub Command4_Click() '发送短信
Dim b As String
b = Text3.Text
Dim a As String
a = Text4.Text
MSComm1.Output =
MSComm1.Output =
'发送短信的号码b和短信a
End Sub
Private Sub Command5_Click()
MSComm1.Output =
End Sub
Private Sub Command6_Click()
MSComm1.Output =
End Sub
Private Sub Command7_Click()
MSComm1.Output =
Private Sub Form_Load() '设置com口
MSComm1.CommPort = 1
MSComm1.Settings =
MSComm1.InputMode = 0
MSComm1.PortOpen = True
End Sub
Private Sub Text5_Change()
MSComm1.Output =
'不显示来电显示,n=1显示来电显示
Text6.Text = MSComm1.Input
FSK'来电显示
End Sub