【正文】 對(duì)于家庭網(wǎng)關(guān)的研究具有一定的參考價(jià)值。s research. Key Words: GSM。固網(wǎng)與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)融合已成為未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)， IT業(yè)與家電行業(yè)發(fā)展聯(lián)系日益緊密，家庭環(huán)境下各種終端更多地應(yīng)用不斷發(fā)展的信息技術(shù)，因而使得橫跨不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)交換和兼容性問(wèn)題成為關(guān)鍵。家庭網(wǎng)關(guān)在家庭內(nèi)部建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理中心，對(duì)家庭內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，對(duì)外連接運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)。它是目前基于時(shí)分多址技術(shù)的移動(dòng)通信中比較成熟、完善且應(yīng)用廣泛的一種系統(tǒng) [3]。這兩種方式都可以在網(wǎng)絡(luò)暫時(shí)無(wú)法將消息傳遞給移動(dòng)臺(tái)的情況下，將信息在網(wǎng)絡(luò)中記載下來(lái)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)可達(dá)的情況下通知相應(yīng)的實(shí)體重傳消息，因此具有很高的可靠性 [3]。正是由于 GSM 短消息的上述特點(diǎn)，因此近年來(lái)成為遙測(cè)、監(jiān)控開發(fā)的熱點(diǎn) [3]。本課題正是針對(duì)這種需要，來(lái)進(jìn)行研究。 GSM 短信收發(fā)模塊擬采用西門子的 TC35 模塊，因?yàn)槠鋺?yīng)用較成熟和價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)；微處理器采用 TI 公司的 MSP430F149， MSP430F149 單片機(jī)具有運(yùn)行速度快，價(jià)格低廉，功耗低和封裝小等優(yōu)點(diǎn)；家庭無(wú)線通信模塊采用 CC2500。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。 該智能家庭網(wǎng)關(guān)的工作流程為： GSM 短消息收發(fā)模塊能夠?qū)⒂脩羰謾C(jī)發(fā)送的短消息進(jìn)行接收，并轉(zhuǎn)換成 0、 1 序列，通過(guò)串口 UART0 輸出給微處理器 MSP430F149；單片機(jī)對(duì)接收到的 0、 1 序列，按照一定的規(guī)律進(jìn)行分析處理，取出其中的有用信息；將取出的有用信息，經(jīng)過(guò)一定的轉(zhuǎn)換編碼后，通過(guò) MSP430F149 的串口 UART1 發(fā)送給 CC2500 射頻通信模塊，然 后與家庭內(nèi)部各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。由于研究時(shí)間較短，在這里并沒(méi)有對(duì)所有家用電器的控制進(jìn)行研究，而只是實(shí)現(xiàn)了對(duì)一些較常見的家用電器的一些普通功能的控制。 表 1 控制命令介紹 實(shí)現(xiàn)功能 短消息內(nèi)容 通信節(jié)點(diǎn)識(shí)別代碼 打開電視機(jī) 安全密碼 +OPEN TV X AA 111 關(guān)閉電視機(jī) 安全密碼 +CLOSE TV X AB 111 打開電燈 安全密碼 +OPEN LIGHT X AA 112 關(guān)閉電燈 安全密碼 +CLOSE LIGHT X AB 112 燒開水 安全密碼 +BOIL WATER X AC 113 現(xiàn)在以打開電燈這項(xiàng)功能為例對(duì)該過(guò)程中的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的說(shuō)明。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 智能家庭網(wǎng)關(guān)的硬件設(shè)計(jì) 智能家庭網(wǎng)關(guān)硬件部分的設(shè)計(jì)可以大致分為 GSM 短消息收發(fā)模塊的硬件設(shè)計(jì)，微處理器 MSP430F149 模塊的硬件設(shè)計(jì)， CC2500 射頻通信模塊的硬件設(shè)計(jì)等三大部分。所以本設(shè)計(jì)選用了西門子的 TC35I 作為通訊設(shè)備。通過(guò)獨(dú)特的 40 引腳的 ZIF 連接器，實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音信號(hào)、及控制信號(hào)的雙向傳輸。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持 FR、 HR 和 EFR 語(yǔ)音信道編碼。 (1) 供電電路 TC35I 的供電電壓要求在 ~ 之間，推薦值為 。使用電容進(jìn)行濾波是電源電路設(shè)計(jì)中十分重要的一部分，因?yàn)殚_關(guān)電源中大量的高頻紋波將對(duì) TC35 模塊的工作穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的影響。 TC35 開機(jī)時(shí)對(duì)電壓時(shí)序要求較高：在 “ BATT+” 引腳電平到達(dá) 之后 10ms 將“ /IGT”腳 (原為高阻態(tài) )置低，且下降沿時(shí)間不超過(guò) 1ms,之后保持低電平至少 10ms 后再拉高，這時(shí) TC35I 才可以正常啟動(dòng) [8]。 TC35 的狀態(tài)指示引腳 SYNC 有兩個(gè)工作模式，可用 AT 命令“ AT^SSYNC=0”進(jìn)行切換。數(shù)據(jù)接口配置為 8 位數(shù)據(jù)位、 1 位停止位、無(wú)校驗(yàn)位，波特率在 300bps~230kbps 之間可選。 TC35I 模塊是作為數(shù)據(jù)通信設(shè)備 (DCE)來(lái)連接的，它的 RxD0 引腳為輸出腳， TxD0 為輸入腳，而 PC 機(jī) COM 口德 RxD腳為輸入腳， TxD 腳為輸出腳。 SIM 卡在與手機(jī)連接時(shí)，最少需要 5 個(gè)連接線：電源 Vcc、時(shí)鐘 (CLK)、數(shù)據(jù) I/O(Data)、復(fù)位 (RST)、接地端 (GND)。當(dāng)插入 SIM 卡，該引腳置為高電平，系統(tǒng)方可進(jìn)入正常工作狀態(tài)。 (5) 語(yǔ)音電路 [8] 由于 TC35I 的 GSM 基帶處理器內(nèi)集成了音頻濾波、 ADC、 DAC、語(yǔ)音合成等部分，所以模塊語(yǔ)音接口的外圍電路連接相對(duì)簡(jiǎn)單。 123J1P o w e rC3ADJ1V i n3V o u t2U1L M 1 0 8 4C1 C2 C6R2R4R1C7D S 1L E D 2+5123456J P 2S I MC 1 3C _ V C CC _ R E TC _ C L KC _ I O123456789J2D C o n n e c t o r 9X D C DX D S RX R X DX R T SX T X DX C T SX D T RC 1 +10C 1 12C 2 +13C 2 14T 1 O U T2T 2 O U T3T 3 O U T1R 1 I N4R 2 I N23T 4 O U T24R 3 I N16T 5 O U T20V C C9GND8V15V+11T 1 I N7T 2 I N6T 3 I N18R 1 O U T5R 2 O U T22T 4 I N19R 3 O U T17T 5 I N21U2S P 2 0 7X D S RX R X DX T X DX C T SX R T SX D T RX D C DD S RR X DT X DC T SR T SD T RD C DC9C 1 2C 1 1C8C 1 0+5NC1/ R S T2WP3V S S4VDD8R S T7S C L6S D A5U3C S 1+5I G TR61234J P 5C O N 4R X DT X DI G TS P K 1 PS P K 1 NM I C 1 PM I C 1 N1122334455667788991010111112121313141415151616171718181919202021212222232324242525262627272828292930303131323233333434353536363737383839394040J P 1H e a d e r 4 0S P K 1 NS P K 1 PM I C 1 PM I C 1 NRID S RT X DR X DC T SR T SD T RD C DC _ R E TC _ I OC _ C L KC _ V C C+5s y s n oI G TD S 2L E D 2R3R5Power SupplyRS232Handset1 23 45 67 8J P 4H e a d e r 4 X 2S R X DS T X DS I G T123J P 3H e a d e r 3D V C CVDD+5112233U8A M S 1 1 1 7+ 3 .30 .1 u FC 3 210uFC 3 1 圖 6 GSM模塊外圍電路原理圖 CC2500射頻通信模塊硬件設(shè)計(jì) (1) CC2500 射頻芯片簡(jiǎn)介 CC2500 芯片是 Chipcon 公司推出的單片無(wú)線收發(fā)一體化芯片，工作于 全球開放 ISM(工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué) )頻段，滿足多點(diǎn)通信和調(diào)頻通信需要，工作電壓為 ，低功耗，外圍元件極少，內(nèi)置硬件 CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn) )和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信地址控制?？臻e信道評(píng)估 CCA(Clear Channel Assessment)功能是指當(dāng) CC2500 處于 RX 狀態(tài)時(shí)，可以檢測(cè)自身所處 信道的電磁場(chǎng)的強(qiáng)弱以判斷該信道是否空閑 [10]，從而保證了數(shù)據(jù)的正確性。 偏阻器 R171 用來(lái)設(shè)置一個(gè)精確地偏電流。晶體振蕩器使用一個(gè)帶 2 個(gè)負(fù)載電容 (C81 和 C101)的外部晶體。 表 4 CC2500射頻芯片外部元件總攬 元件 描述 C51 數(shù)字部分的片內(nèi)電壓調(diào)節(jié)器的 100nF 退耦電容 C81/C01 晶體負(fù)載電容 C121/C131 RF 平衡轉(zhuǎn)換器 DC 模塊電容 C122/C132 RF 平衡轉(zhuǎn)換器 /匹配電容 C123/C124 RF LC 濾波 /匹配電容 L121/L131 RF 平衡轉(zhuǎn)換器 /匹配電感 (便宜的多層類型 ) L122 RF LC 濾波電感 (便宜的多層類型 ) R171 內(nèi)部偏電流參考的 56 千歐電阻 XTAL 26MHz28MHz 晶體 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 CC2500 芯片典型應(yīng)用電路如下： 1 S C L K2 S O ( G D O 1)3 G D O 24 D V D D5 D C O U P L6 GDO07 CSn8 XOSC_Q19 AVDD10 XOSC_Q2A V D D 11R F _P 12R F _N 13A V D D 14A V D D 15SI 20GND 19DGUARD 18RBIAS 17GND 16CC 2 5 0 0D I E A T T A C H P A D :R 17 1C 13 1C 12 1C 13 2A nt en na(5 0 Oh m )L 13 1C 12 2L 12 1L 12 2C 12 3 C 12 4X T A LC 10 1C 51C 81S C L KSOGDO2GDO1op t i on a l V V po w e r s up pl yGDO0C S n( op t i on a l )SIA l t e m a t i ve :F ol de d d i po l e P C Ba nt e nn a ( no e xt e r na lc om po ne nt s ne e de d) 圖 7 CC2500芯片外圍電路 CC2500 芯片外圍電路原理圖如圖 8 所示，該原理圖完全參照 TI 公司提供的 CC2500芯片外圍電路設(shè)計(jì)樣板而制作的。 SPI接口與 CC2500 射頻芯片相連， UART 接口與 MAX232 芯片相連。這樣設(shè)計(jì)大大降低了單純使用 MSP430F149 微處理器對(duì) GSM 模塊和 CC2500 芯片進(jìn)行初始化和控制的工作量，減少了資源的占用，大大提高了系統(tǒng)工作穩(wěn)定性。 (1) MSP430F49 微處理器簡(jiǎn)介 MSP430F149 單片機(jī) (或稱為微控制器 )，是一種具有超低功耗特性的功能強(qiáng)大的單片機(jī)。 (2) 低電源電壓范圍： ~。s。 (2) MSP430F149 微處理器外圍電路設(shè)計(jì) MSP430F149 微處理器外圍電路原理圖如圖 10 所示。 為了減少各個(gè)模塊之間的信號(hào)干擾，在每塊電路板上都需要相當(dāng)多的旁路電容來(lái)抵消電源線的電感 [12]，各個(gè)模塊的地線也需要分開走線，然后在接電源處將各模塊地線相連接。在 CC2500 射頻模塊部分， CC2500 芯片已經(jīng)與 STC12LE5410AD 單片機(jī)相連接，當(dāng) CC2500 射頻模塊通電后， STC12LE5410AD會(huì)立即對(duì) CC2500芯片進(jìn)行初始化，這樣就省去了利用 MSP430F149微處理器對(duì) CC2500 芯片進(jìn)行復(fù)雜的初始化過(guò)程， CC2500 射頻模塊部分對(duì)外的實(shí)際數(shù)據(jù)接口為 UART1 接口。它提供方便且功能豐富的窗口界面，使開發(fā)和調(diào)試的效率大大提高。 CSPY 可以與 Workbench 集成在一起使用。在模擬方式下，目標(biāo)系統(tǒng)的工作過(guò)程有調(diào)試主機(jī)以軟件模擬來(lái)實(shí)現(xiàn)，用戶可以通過(guò)各種不同類型的窗口來(lái)觀察調(diào)試程序的運(yùn)行過(guò)程，或者說(shuō)，在目標(biāo)硬件系統(tǒng)產(chǎn)生前已經(jīng)可以驗(yàn)證程序的設(shè)計(jì)思想和程序結(jié)構(gòu)。首先對(duì)其內(nèi)部集成的 UART0 和UART1 接口進(jìn)行初始化，然后通過(guò) UART0 接口發(fā)送相關(guān) AT 命令對(duì) GSM 模塊進(jìn)行初始化(由于當(dāng)系統(tǒng)通電之后，與 CC250