采用嵌入式移動網絡的遠程控制系統(tǒng)方案

1、使用嵌入式移動網絡的遠程控制系統(tǒng)前言21世紀以來，計算機網絡、通信技術、自動化技術、遙感技術、傳感器技術和大規(guī)模集成電路都得到了飛速發(fā)展，其中最引人注目的是無線通信技術和無線通信網絡的迅速普及和應用。如今，國內外通用、覆蓋范圍廣的無線網絡已基本建成。比如中國移動的GSM網絡可以漫游全國乃至全球，手機等無線終端設備可以快速普及?？梢哉f，世界已經進入了無線時代。無線通信不僅可以傳輸語音信號，本質上是數據通信技術和移動通信技術的結合，而數據通信是無線傳輸的核心內容。近年來，移動通信的數據業(yè)務發(fā)展迅速，其年增長率遠高于業(yè)務增長率。廣闊的市場前景使得各大通信制造巨頭紛紛加入移動數據業(yè)務的競爭。作為數字蜂

2、窩系統(tǒng)的代號，GSM系統(tǒng)在世界范圍內取得了巨大的成功。其覆蓋范圍廣、漫游性好、安全性好，再加上基于GSM的各種數據傳輸技術的不斷發(fā)展，使得GSM上的數據通信成為3G(第三代移動通信的簡稱)到來之前的最佳手段。隨著GSM無線通信技術的不斷發(fā)展和成熟，利用它可以實現快速、準確、獨立、經濟的遠程監(jiān)測、抄表和控制遠程控制計量器具，如無人值守的加油站、家用電表、水表、煤氣表等。，越來越廣泛地應用于各種新系統(tǒng)中，具有非常廣闊的應用前景。本課題是利用公共移動通信網進行遠程控制和數據傳輸，這比使用專用的無線電頻段和設備或架設專用線路進行遠程控制和數據傳輸有很大的優(yōu)勢。本課題以GSM模塊作為信息傳輸的載體，使其

3、與單片機、PC機結合形成的應用系統(tǒng)具有強大的生命力和廣闊的應用空間，特別是在遠程數據傳輸和遠程監(jiān)控領域。并且具有成本低、可靠性高、不受地域限制、實現方便快捷、運營成本低等特點。借助本地手機和遠程設備的GSM模塊，以及移動通信公司的服務，我通過本地手機向遠程設備發(fā)送命令，進行控制和數據采集。遠程設備以單片機為核心，控制GSM模塊和被控設備，并在上位機顯示接收到的數據。本研究主要包括以下幾個方面:1.簡要介紹GSM網絡的基本結構、SMS短消息協(xié)議和傳輸過程。2.基于GSM網絡的數據傳輸系統(tǒng)設計方案。包括主要數據傳輸終端系統(tǒng)結構設計和原理以及GSM調制解調器的設計。3.數據傳輸系統(tǒng)的上下位機GSM通

4、信接口部分實現了對被控對象的監(jiān)控。第1章概述1.1概述本課題主要由監(jiān)控中心計算機、GSM(全球移動通信系統(tǒng))模塊、遠程單片機控制板等部分組成。該系統(tǒng)應用了計算機軟件編程技術、硬件接口技術、移動通信網絡數據傳輸技術等。該系統(tǒng)借助控制中心和遠程設備的GSM模塊，借助移動通信公司的服務，控制遠程設備通過本地手機發(fā)送短信指令。遠程設備以單片機為核心，控制GSM模塊和被控設備，并將接收到的數據顯示在監(jiān)控中心的計算機上。該系統(tǒng)利用公共移動通信網絡進行遙控和數據傳輸，比使用專用無線電頻段和設備或架設專用線路進行遙控和數據傳輸具有很大的優(yōu)勢。它具有成本低、可靠性高、不受地域限制、實施方便快捷、運營成本低等特點

5、。1.2硬件設計硬件設計的核心是西門子的TC35模塊，功能強大，能夠進行語音傳輸、數據傳輸等。，并取得了我國的通信進網證書。硬件主要由單片機、RS232、TC35模塊、SIM卡、接口電路、天線、被控對象等組成。電路圖如下圖1-1所示。用戶身份識別卡卡片基礎陸地手機器用戶身份識別卡卡片基礎陸地手機器TC35單片微型計算機上位機被指控被指控目標圖1-11.3軟件設計軟件編程主要包括以下幾個方面:(1)主程序開始初始化模塊，設置異步串行通信模式，設置波特率為9600bps，無校驗位，8個數據位。(2)通過串口發(fā)送相應的AT指令進行操作。(3)解碼PDU數據包，通過串口發(fā)送給上位機。1.4主要技術指標

6、本設計可以遠程控制燈的開關來啟動和停止電機，與GSM相關的AT命令，以及GSM模塊的使用。計算機與單片機的串行通信技術。1.5應用我的課題有廣泛的應用?？蓱糜诠I(yè)控制和數據采集系統(tǒng)；電信基站自動測量監(jiān)控系統(tǒng):高速公路收費系統(tǒng)和鐵路系統(tǒng)；降雨量和地下水遠程監(jiān)測系統(tǒng)；系統(tǒng)數據采集與控制系統(tǒng)、變電站數據遠程測控系統(tǒng)；各種儀表的遠程自動抄表系統(tǒng)；河流水位自動監(jiān)測系統(tǒng)；在線油井生產數據采集和控制系統(tǒng)；所有家用設備的控制等。，有著廣泛的應用。因此，該項目具有很好的推廣應用前景，并能產生良好的經濟效益。第二章GSM系統(tǒng)設計2.1 GSM系統(tǒng)提供的服務GSM旨在加入窄帶綜合數字業(yè)務網(ISDN)并向其用戶提

7、供ISDN服務。它支持三種主要類型的服務:1.基礎電信業(yè)務:包括短信、緊急呼叫、語音郵件、智能電報等。，可與PSTN(公網)、ISDN等通信。2.數據傳輸業(yè)務:包括300b/s和1200b/s異頻雙工數據傳輸，1200b/s、2400b/s、4800b/s、9600b/s同步雙工數據傳輸，以及它們的分組傳輸等。以及PSTN、ISDN和PDS(綜合布線系統(tǒng))3.補充服務:包括三方通話、會議、呼叫轉移等。2.2 SIM卡2 . 2 . 1 sim卡的功能用戶識別模塊是一種封裝在塑料中的帶有微處理器的智能IC卡。它是GSM系統(tǒng)不可缺少的一部分，是用戶進入GSM網絡的注冊憑證。SIM卡包含用戶識別信息

8、、輔助服務信息、短消息、移動性信息和無線電資源信息。在GSM系統(tǒng)中，明確定義了SIM卡的物理接口和邏輯接口，完成與移動終端的連接和信息交換。同時SIM卡存儲用戶信息，執(zhí)行認證算法，生成加密密鑰。只有插入SIM卡，移動終端才能訪問網絡。它由五部分組成:CPU(8位)、程序存儲器(3-8位)、工作存儲器(6-16位)、數據存儲器(128-256kbit)和串行通信單元。SIM卡分為3V和5V。手機原來用的是5V的SIM卡；1998年后，陸續(xù)使用3V SIM卡；5V SIM卡容量小，功耗高，容量一般在3K左右，可以存儲30張。3V SIM卡容量大，省電，容量為8K，可存儲100個對應字符和15組短信

9、。SIM卡正面有20位數字。前六位(898600)為中文代號；第7位是業(yè)務接入號，分別是135、136、137、138、139中的5、6、7、8、9；第8位是SIM卡的功能位，一般為0，目前的預付費SIM卡為1；第9位和第10位是各省代碼；第11位和第12位是年份數字；第13位數字是供應商代碼；第14到19位是用戶識別碼；第20位是校驗位。SIM卡的前視圖如圖2-1所示。圖2-12 . 2 . 2 sim卡的存儲容量SIM卡是GSM的用戶數據卡，存儲個人數據、算法、密鑰等。SIM卡中存儲的主要內容如下:1.國際移動用戶身份(IMSI)IMSI是世界上唯一一個可以識別手機用戶的公司。一般由三部分

10、組成:移動臺國家識別碼+長途區(qū)號+移動用戶。其中移動國家識別碼有三位，中國的是460，后兩項共7-12位。IMSI存儲在SIM卡中，IMSI存儲在網絡的歸屬用戶數據庫中，與用戶一一對應。當移動臺用戶在家鄉(xiāng)或漫游地進入系統(tǒng)時，網絡系統(tǒng)可以先從用戶的SIM卡中獲取用戶識別碼，從而識別用戶屬于哪個國家、電信部門甚至移動服務區(qū)。2.個人識別碼(PIN)和SIM卡解鎖密碼(PUK)PIN是SIM卡上的個人密碼，主要用于驗證SIM卡用戶的身份是否有效。為了防止他人未經授權使用SIM卡，當移動臺開機并將SIM卡插入移動臺時，將要求輸入4-8位的PIN碼，否則將無法正常通信。如果用戶連續(xù)三次輸入錯誤的PIN碼

11、，移動臺將提示用戶該卡已被鎖定，然后用戶需要輸入PUK碼才能解鎖。如果連續(xù)十次輸入錯誤的PUK碼，SIM卡將永久報廢，不能再使用。3.用戶使用的存儲空間SIM卡的一些信息是運營商或制卡商輸入的，不能更改。但是SIM卡也可以存儲一些個人信息，比如固定短信、書籍等。用戶可以使用移動臺的鍵盤來完成個人信息的存儲和讀取。這就是SIM卡中所謂的個人存儲空間。2 . 2 . 3 sim卡的物理結構SIM卡的物理結構如圖2-2所示。SIM卡中有8個觸點，用于與移動終端接口，相互傳遞信息，提供SIM卡電路工作所需的電源。SIM卡的每個觸點定義如下:C1: VCC電源電壓(3V)，由TC35模塊提供的電壓。C2

12、: RST重置終端。C3: CLK時鐘，通常由移動終端提供時鐘速率。SIM卡支持1 5 MHz時鐘。在指定時間運行電源監(jiān)控過程時，它需要至少13/4MHz的時鐘頻率，在其他情況下需要13/8MHz的時鐘頻率。C4:沒有定義，留待將來使用。C5: GND地面。C6: VPP編程電壓。C7:輸入輸出輸入。C8:沒有定義，保留供將來使用。圖2-2SIM卡的電氣性能要求是使SIM卡正常工作。每個觸點的電氣性能要求在它隨電源接通/斷開時。SIM卡上電時，每個觸點的激活順序是:RST處于低電平狀態(tài)；Vcc上電；I/O處于接收狀態(tài)；Vpp上電以提供穩(wěn)定的時鐘信號。SIM卡斷電時，各觸點的去激活順序為:RST

13、處于低電平狀態(tài)，CLK處于低電平狀態(tài)，Vpp斷電；I/O處于低電平狀態(tài)；去Vcc。開機時，SIM卡有兩種工作模式，即工作模式和空閑模式。在工作模式下，完成與移動終端的信息傳輸；在空閑模式下，SIM卡將保留所有相關數據，并支持三種睡眠模式:完全睡眠、指令睡眠和時鐘睡眠。2.3短信服務SMS是短消息服務的簡稱，是通過移動網絡，用手機收發(fā)有限長度文本信息的通信系統(tǒng)。信息可以是漢字、數字、字母或它們組合的符號。根據GSM協(xié)議，一條短消息最多可以包含160個英文字母的7位代碼或70個中文字符的Unicode代碼。世界上第一條短信息是1992年12月從英國沃達豐的GSM網絡從電腦發(fā)送到手機上的。在隨后的幾

14、年里，短信并沒有被廣泛使用。直到1998年，歐洲的語音業(yè)務逐漸飽和，移動數據業(yè)務市場廣闊。運營商開始注意到短信市場。Sonera、Vodafone、Mannesmann等公司大力發(fā)展短消息業(yè)務，使得短消息在歐洲迅速普及。隨著手機在中國的普及，中國移動和中國聯(lián)通在2000年開始發(fā)展中國的短信市場，在中國掀起了短信熱潮。2.3.1短信服務的特點短消息采用存儲轉發(fā)模式，防止短消息丟失。短消息首先被發(fā)送并存儲在短消息服務中心，然后由短消息服務中心轉發(fā)給接收方。如果接收方不在服務區(qū)或關機，短信服務中心會先保存短信，當接收方在服務區(qū)時再轉發(fā)給接收方。短信收費很低，這是短信受歡迎的決定性因素。無論距離遠近，

15、接收方免費接收短信，一條短信網絡收費0.1元，網絡收費0.15元。而且發(fā)送一定量短信的運營商會給予一定的優(yōu)惠政策，這對部分消費群體很有吸引力。短信EMS和MMS的升級版本可以攜帶各種數據。它們的內容可以是文本、聲音、圖像等。，更大程度上滿足了人們的交流方式。手機中的SIM卡可以對發(fā)送的短消息進行加密，接收方的手機對消息進行解密，實現安全可靠的傳輸。短消息可以與語音、數據和其他服務同步傳輸。短消息使用S7信令傳輸數據包，這是一種非對稱服務。即使在服務通道處于高峰時，也仍然可以順利溝通。2.3.2短消息業(yè)務的現狀和前景1.短信服務的現狀短信業(yè)務的廣泛發(fā)展給各地的運營帶來了巨大的利潤，同時也方便了人

16、們的生活，成為我們生活中不可或缺的一部分。然而，它也帶來了一些負面影響。例如，一些垃圾短信經常充斥我們的手機，嚴重阻礙了我們的正常生活。比如一些不明不白的收費，讓很多人擔心。2.短信服務的前景EMS:增強型消息服務(Enhanced Message Service，EMS)是SMS的升級版本，是愛立信向ETSI/3GPP委員會提交的技術標準。大部分手機廠商支持的EMS已經穩(wěn)步發(fā)展，EMS已經成為3GPP技術規(guī)范的組成部分。EMS短信的實現原理和EMS短信基本相同。它也是一種存儲轉發(fā)機制，使用信令通道，因此不需要升級基礎網絡。EMS可以支持格式化文本、黑白圖片、聲音、簡單動畫等媒體。MMS，SM

17、S的下一代版本:多媒體消息服務(MMS)多媒體消息服務支持移動圖像、卡通、交互式視頻等多媒體信息。它可以整合文本、聲音、圖像、視頻等。，并通過手機發(fā)送電子賀卡和屏保。從2002年開始，許多手機廠商推出了支持彩信的手機，更多的運營商和服務提供商參與到彩信的研發(fā)中。到目前為止，彩信已經被廣泛使用。2.3.3短消息服務的主要應用短消息服務被廣泛使用，可以概括如下:1.手機用戶之間交換信息的最基本功能。2.信息服務。包括新聞、天氣預報、股市行情、話費查詢、火車及航班時間查詢等。3.移動商務。手機證券交易、手機銀行、訂票等。4.電子郵件應用程序。郵件主要信息提示和所有信息瀏覽，回復簡單郵件。5.娛樂。鈴

18、聲下載，競猜，手機游戲。6.遠程監(jiān)控。工業(yè)、地質、水文等數據采集和遠程控制。7.企業(yè)服務。溝通和管理企業(yè)部門的信息。2.4 GSM模塊的介紹和應用2 . 4 . 1 GSM模塊的結構和特點隨著GSM應用的不斷普及和深入，GSM無線技術和實現手段也在不斷完善:各種GSM無線終端模塊不斷涌現，簡化了用戶設備的開發(fā)，極大地拓展了無線應用領域。GSM模塊基于底層的GSM協(xié)議，實現移動臺的所有功能。這些模塊不僅根據GSM移動臺與終端設備(TE)之間的連接規(guī)則提供相應的引腳，還根據上層應用協(xié)議提供標準的AT指令支持。它們中的大多數還集成了語音信號處理和編碼，以與鍵盤、顯示器、天線、聲音等接口。，大大降低了

19、用戶終端的開發(fā)難度和開發(fā)周期。目前許多大型通信公司都生產GSM模塊，如摩托羅拉的D10/D15、西門子的TC35/37、Wavecom的WISMO2B/2C等。，支持不同需求的應用程序。該系統(tǒng)采用西門子公司的TC35模塊。西門子公司的TC35模塊。它是西門子最新推出的無線通信模塊，可以快速、安全地實現數據、語音、短信(SMS)和短消息服務(SMS)的傳輸。可以工作在GSM 900kHz和1800kHz兩個頻段。RS232數據端口符合ETSI標準GSM0707和GSM0705，易于升級為GPRS模塊。該模塊集成了射頻電路和基帶，為用戶提供標準的AT命令接口，為數據、語音、短信提供快速、可靠、安全

20、的傳輸，方便用戶的應用開發(fā)和設計。1.主要功能和參數如下:它能快速、安全、可靠地實現數據、語音傳輸、短消息服務和。TC35模塊的工作電壓為3.34.8V，可工作在900MHz和1800MHz兩個頻段，功耗分別為2w(900M)和1w(1800M)。40針通過ZIF(零插入力)連接器引出。短信服務功能(GSM或GPRS狀態(tài)):支持中英文字符和PDU，點對點(MT/MO)和社區(qū)廣播?？蛇x波特率300bps115kbps，支持數據、語音、短信和電流消耗-休眠狀態(tài)下3.5毫安，空閑狀態(tài)下25毫安，傳輸狀態(tài)下300毫安(平均)，峰值2.5安。自動變速器說明書GSM模塊通過at命令與單片機通信。的所有at

21、命令(除了重復命令A/)都以AT開頭，除了發(fā)送短消息以+結尾，其余都以回車結尾?；貞问綖?。表2-1列出了AT命令的語法規(guī)則。表2-1 AT命令的語法規(guī)則測試命令AT+cxxxx =？該模塊返回由相應的寫命令或部分處理設置的參數和值的列表。讀命令AT+CXXX？該模塊返回當前設置的參數或參數值編寫命令AT+cxxxx =？該模塊返回用戶定義的參數值。美國總統(tǒng)之行政命令在+cxxxx讀取GSM處理器的常量參數。1.通用初始化指令(1)將MCU和GSM模塊之間通信的波特率設置為+IPR = ，其中是回車符。如果指令正確，模塊返回 OK ，這是回車和換行符號。費率參數可以是300，600，1200，

22、2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200。其中300到115200代表固定波特率的值；當通信波特率超過1200時，可以設置為0，表示自適應波特率。該模塊根據單片機串行數據的波特率進行自我調整。本設計中參數rate設置為0，單片機串口波特率為9600 B/s。(2)將短消息中心設置為+CSCA= +00 (城市短消息中心)，如果設置正確，模塊將返回“確定”。對于不同的手機或不同的地區(qū)，短信中心可能是不同的。如果閱讀短消息服務中心，使用命令在十CSCA=？，模塊應該返回 +CSCA:“00” 。(3)設置短信發(fā)送格式為+CMGF =0，設置0代表PDU模式。如

23、果指令正確，模塊將返回正常。(4)保存當前設置，將之前設置的通訊波特率、短信中心和短信發(fā)送格式寫入模塊。2.常見短信操作說明(1)發(fā)送短信指令。在PDU模式下，首先發(fā)送短消息數據的長度。在+CMGS= .等待GSM模塊返回ASCII字符“”，然后可以輸入PDU數據。PDU數據由+終止，短消息成功發(fā)送。模塊返回正常。(2)將短信到達自動提示設置為+CNMI=1，1，0，0，1。如果設置正確，模塊將返回正常狀態(tài)。錯誤返回+cmsrerror: 。設置該命令使模塊能夠在短消息到達后向MCU發(fā)送命令+CMTI:“SM”，索引(SIM中的信息存儲位置) 。(3)閱讀短信說明。當模塊接收到新的短消息時，它

24、向MCU發(fā)送字符串 +CMTI:“SM”，INDEX。因此，讀取短消息的AT命令為AT+CMGR=INDEX，模塊返回剛收到的PDU格式的短消息內容。(4)刪除短信。由于SIM卡只能存儲有限數量的短消息，為了防止SIM卡在已滿的情況下接收短消息，在接收到短消息后，經過數據分析和處理，會立即刪除該消息。刪除短消息的指令是AT+CMGD=INDEX，刪除后模塊會返回OK。2.4.3短消息模式和Unicode編碼模式ETSI制定了短消息協(xié)議作為整個GSM標準的一部分。該協(xié)議定義了MT(移動終端，相當于GSM調制解調器)和TE(終端設備，相當于單片機或微型計算機)之間傳輸短消息的三種接口協(xié)議。它們是塊

25、模式、文本模式(ASCII模式和PDU模式。阻塞模式是一種二進制協(xié)議，用于封裝GSM3中定義的SMS PDU。40.該協(xié)議包含錯誤檢測，適用于終端之間的鏈路存在錯誤控制且連接不太可靠的情況。這種模式通常用于需要控制遠程設備的情況。阻塞模式是一種與其他兩種模式具有完全不同特征的協(xié)議。進入這種模式時，這種狀態(tài)會一直保持，直到程序主動退出阻塞模式，之后會回到V.25ter命令狀態(tài)或在線命令狀態(tài)。應用部分組合的二進制字符串應包含報頭和短消息PDU。ASCII模式是基于AT命令的接口協(xié)議，適用于非智能終端和仿真器，兼容一些基于命令結構的應用軟件。在ASCII模式下，所有AT命令都以ASCII碼應答。應用

26、消息以簡單的文本形式被傳遞給MS以形成TPDU。ASCII模式提供的功能比阻塞模式和PDU模式少。ASCII模式不需要支持或自動向應用程序傳輸到達消息，只通知消息到達。PDU模式是一種以十六進制代碼傳輸消息塊的接口協(xié)議。在這種模式下，短信(包括短信頭)全部采用十六進制編碼，即只允許使用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、a、b、c、d、e、f等字符。西文字符一般用一個字節(jié)7位表示，最多有128種組合。最常用的表示方法是ASCII碼。從ASCII碼表中獲取的對應字符為可見字符。如果用8位構成一個字節(jié)，那么就有256種可能的組合，即ASCII碼表上的256個字符。英語只需要用ASCII碼的前1

27、28位來表示所有字符。PDU模式收發(fā)短信可以使用三種代碼:7位代碼、8位代碼和UCS2代碼。7位編碼用于發(fā)送普通ASCII字符；8位編碼通常用于發(fā)送數據信息，如圖片或鈴聲；UCS2編碼用于發(fā)送Unicode字符。本系統(tǒng)發(fā)送中文短信，所以選擇UCS2碼，即中文Unicode碼。Unicode是一種統(tǒng)一的字符編碼標準，使用雙字節(jié)對字符進行編碼。這是蘋果和施樂在1988年建立的技術標準。Unicode提供了一種簡單而一致的方法來表示字符串。由于Unicode使用16位值來表示每個字符串，因此它總共可以包含65，000個字符。這樣就可以對世界各國的書面文本中的所有字符進行編碼，遠遠超過單字節(jié)字符集中2

28、56個字符的數量。這個Unicode的特點是所有的字符都用兩個字節(jié)表示，不只是漢字用兩個字節(jié)。而英語也是用兩個字節(jié)來表示的。漢字的十六進制PDU編碼直接采用漢字的Unicode編碼。因為漢字是16位編碼，所以當中文和英文出現在同一個短信中時，每個漢字都是16位編碼，而字母和數字是8位編碼。此時統(tǒng)一采用16位編碼，即在8位ASCII碼前加0。61H是“A”的ASCII碼，完成十六位后的Unicode碼是0061H。本系統(tǒng)采用PDU方式發(fā)送和接收短消息，采用Unicode編碼形式。下面說明了PDU字符串的結構和排列。例如，要向手機發(fā)送“1號開”消息，MCU首先通過串口向模塊發(fā)送數據串AT+CMGS

29、=21 ，然后MCU等待模塊返回ASCII字符“”，再輸入PDU數據“09105F011000D294F3153F75F00”。長度21不包括PDU數據中的“09105F0”。表2-2列出了對每個數據域的分析。表2-2發(fā)送短信的格式ABCDEFGH我表2-3發(fā)送信息的PDU字符串分析發(fā)送短信格式字符數據解釋A09105F008是短信中心號碼的長度，91是短信中心的類型，即TON/NPI，表示前面要加“+”。91后的數據是編碼后的短信中心。B11意思是正常發(fā)短信。C00信息類型，一般為00D0D294F00D以長度13(90)調用，91是目標類型。E00標準條件下MS到SC的短消息傳輸F08uc

30、2(16位)數據編碼模式G00信息的有效期H06TP-UDL長度我003153F75F00信息，是由USC2編碼的容量，“1號開”MCU可以通過讀取10 CMGR=INDEX處的指令來讀取SIM卡的指定位置處的短消息。例如，讀取的短消息是“1 ”,由手機在的用戶發(fā)送。那么模塊返回給MCU的PDU字符串是09105F0040D294F01020031。表2-4和表2-5列出了對每個數據域的分析。表2-4接收消息的格式ABCDEFGH我表2-5接收消息的PDU字符串分析接收短信格式字符數據解釋A09105F0短信服務中心及長度B04PDU類型C0D目標長度的十六進制表示形式D294F091是目標的

31、類型，后面是編碼目標。E00協(xié)議標識F08用于短消息容量的UCS2代碼G301SCTS短信發(fā)送時間08/05/08/15:00/33.10H02短消息容量長度我0031編碼的PDU數據，“1”GSM模塊測試GSM模塊可以通過RS232與計算機通信。為了測試連接是否成功，可以通過串口調試軟件進行測試。本次測試使用COM4，端口參數設置如下:波特率為“9600 bps”，數據位為“8”。奇偶性是“無”。停止位是“1”。設置好參數后，進入串口調試軟件，命令執(zhí)行如下:(At)人名(越)乙OK接收區(qū)的“OK”表示設備連接成功，可以正常工作。AT+CMGF=0設置短信輸入輸出的格式，“0”表示PDU模式，

32、“1”表示文本模式。好AT+CSCA？+CSCA:“+00”，145返回短信中心，前面加“+”作為第二個參數，145，否則129。好AT+CNMI=1，1，0，0，1設置新的消息指示。這種設置可以使模塊在短消息到達后，向單片機發(fā)送指令+CMTI:“SM”，INDEX(SIM卡中信息的存儲位置)。好AT+CMGR=3閱讀第三條短信。+CMGR: 1，3007705 f 0240d 058 f 000 a 523054 ea 91 C4 e 86 ff1f好AT+CMGS=28給你的手機發(fā)短信。 0011000 B2 f 80008 a 70 e 577 ed 4 Fe 16d 4 b 8 BD

33、5+CMGS: 235人好在+CMGD=1時，刪除第一條消息。好通過以上方式，我們可以和上位機進行通信，證明TC35模塊是好的，然后我們開始設計單片機電路和TC35接口電路。第三章:基于短消息服務的系統(tǒng)硬件設計。3.1系統(tǒng)的總體結構該系統(tǒng)分為兩部分:由單片機控制的GSM終端數據發(fā)送和接收部分以及PC終端數據接收部分。系統(tǒng)框圖如圖3-1所示:個人電腦個人電腦用戶身份識別卡卡片本地移動電話GSM模塊用戶身份識別卡卡片本地移動電話GSM模塊圖3-1系統(tǒng)框圖被控對象被控對象3.2 SIM卡通信接口的硬件設計圖3-2TC35使用外置SIM卡，24 29為SIM卡pin。如上圖3-2所示，SIM卡是這樣連

34、接TC35的:SIM卡上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC、CCGND通過SIM卡讀卡器直接連接到TC35的同名端。ZIF連接器的CCIN針用于檢查SIM卡是否正確插入。如果連接正確，CCIN引腳輸出高電平，系統(tǒng)可以進入。否則就是低級。3.3單片機的選擇現在市面上有PIC，AVR，51系列單片機，但是考慮到在學校學的是51系列單片機，所以選擇了51系列單片機。在51系列單片機中，STC是一款優(yōu)秀的單片機，不僅價格便宜，而且性能優(yōu)越。我這次設計用的是STC89LE58RD+，是altera公司推出的新一代超強抗干擾/高速/低功耗單片機。它的指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機，采用6時

35、鐘/機周期，并具有倍頻功能。本方案采用了11.0592MHz的晶振，所以整個單片機的指令周期為125ns，是上述指令中最小的，所以能以最快的速度傳輸數據！它是一種電可擦ROM微控制器，具有大容量的數據存取設備。它是一個真正的看門狗，默認關閉(冷啟動)。啟動后無法關閉，可以放心保存外部看門狗。Flash被擦除10萬次以上，STC89C51RC/RD+系列單片機出廠時完全加密，無法解密。程序是用ISP/IAP機制寫的，不讀命令是無法完全解密的。STC89LE58RD+有四個典型特征:1.增強型6時鐘/機器周期2.工作電壓:5.5V-3.4V(5V MCU)3.工作頻率范圍:0-40MHz4.128

36、0字節(jié)RAM的片內集成3.4單片機系統(tǒng)的串口設計單片機系統(tǒng)主要實現單片機通過at指令操作GSM模塊實現數據編碼和收發(fā)短信。要與TC35進行串行通信，必須在程序中設置串口，其設置如下:(1)工作模式由于GSM通信模塊的數據接口配置了8位數據位，1個停止位，無校驗位，所以單片機的串口工作在模式1。(2)波特率設置系統(tǒng)的晶振為11.0592MHZ，波特率為9600b/s，所以根據計數初始值的計算公式:X=256-fose*1/384*波特率，TH1=OFCH。(3)連接目前市面上所有的GSM模塊都有一個數據出口，基本上都支持與GSM短消息相關的AT控制指令(GSM-SMS-AT)。GSM模塊接收指令

37、，并通過數據端口以串行方式向外輸出數據。理論上，找出數據端口中RXD、TXD、GND引腳與單片機串口(P3.0、P3.1)的對應連接，就完成了串口的硬件連接。但由于本設計使用的GSM模塊為TTL級，可以直接連接到4.2V供電的單片機串口，單片機與上位機的連接需要通過RS232進行電平轉換。RS- 232C是異步串行通信中應用最廣泛的標準總線，由美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)正式發(fā)布。它包括逐位串行傳輸的電氣和機械方面。適用于短距離或帶調制解調器的通信場合。適用于數據傳輸速率為0-20000 B/s的通信，該標準明確定義了串行通信接口的相關問題，如信號線功能、電氣特性等。由于通信設備制造商都生產與R

38、S-232C系統(tǒng)兼容的通信設備，作為一種標準，它已廣泛應用于微型計算機和單片機系統(tǒng)。RS-232是本系統(tǒng)中調制解調器和單片機之間的接口。目前計算機上常用的是9針串口(DB9)，DB9的常用信號針說明如表3-1所示。表3-1 DB9常用信號腳描述表9針串行端口(DB9)針數函數聲明縮寫一個數據載波檢測數據載波檢測2接收數據接收數據三數據發(fā)送數據發(fā)送四終端準備負荷型定額(Duty Type Rating)五信號用接地地線六設備就緒。每日業(yè)務報告(Daily Service Report)七請求發(fā)送即時戰(zhàn)略游戲八中旅同ARPAL TUNNEL SYNDROME九振鈴指示幽谷本設計采用DB9作為單片機

39、與上位機的通信接口。在它們的通信過程中只有三個引腳是有用的，第一個是2個引腳接收數據，第二個是3個引腳發(fā)送數據，最后一個是5個引腳接地。其他腳無關緊要，這里不用考慮。RS-232的電平是-3 -15表示邏輯“1”，3 15表示邏輯“0”，所以需要進行電平轉換。MAXIM公司生產的MAX232是一款性能優(yōu)異的轉換芯片。最后，我們考慮使用MAX232電平轉換芯片。第四章:基于短消息服務的系統(tǒng)軟件設計4.1單片機程序設計單片機系統(tǒng)除了必要的硬件支持外，還需要軟件設計。單片機的軟件程序用C語言編寫。與GSM模塊的軟件接口實際上是MCU通過與GSM短消息相關的at命令來控制GSM模塊的控制技術，主要是對

40、GSM模塊的一些收發(fā)短消息的時序控制。然而，指令的執(zhí)行并不像某些材料中描述的那樣簡單。事實上，指令的執(zhí)行過程需要MCU和GSM模塊之間的交互響應來完成，每次發(fā)送或接收的字節(jié)數有嚴格的規(guī)定。兩者必須根據這些規(guī)定交換數據，否則，通信將失敗。幾個問題解釋如下:1.模塊上電前，需要給TC35的IGT引腳一個約100ms的低電平脈沖，然后上電初始化。2.指令符號、常量、PDU數據包等。所有AT指令都是以ASCII編碼的形式傳輸的，例如“A”的ASCII編碼是41H，“T”的ASCII編碼是54H，數字“0”的ASCII編碼是30H等等。詳細的ASCII編碼對照表見附錄。3.單片機控制GSM模塊的工作，S

41、IM卡的短信工作模式必須設置為PDU格式，即AT+CMGF=0。4.MCU向手機發(fā)送每條指令后，都必須以回車結束，回車的ASCII碼為0DH。例如，單片機向手機發(fā)送“AT+CMGF=0”指令，其ASCII編碼序列為“41H，54H，2BH，42H，4DH，47H，46H，3DH，30H，30H，0DH”。最后一個字節(jié)0DH是回車，表示該指令結束。如果沒有回車，GSM模塊將無法識別它。4.1.1單片機主程序設計主程序是對單片機系統(tǒng)框架的描述。本系統(tǒng)主程序的作用是在上電后完成系統(tǒng)的初始化，然后在主程序中進行循環(huán)判斷。有來電就掛一次電話，沒有就執(zhí)行。如果有新消息，調用短信讀取子程序，通過外部控制后向

42、上位機發(fā)回短信，從而通過模擬串口向上位機發(fā)送數據。如果沒有新的短信，就回去繼續(xù)循環(huán)判斷。主程序流程圖如圖4-1所示。開始開始呼叫呼叫MCU初始化子程序向向AT發(fā)送指令以進行網絡訪問檢測。調用調用300毫秒延遲子程序?；亍癘K”回“OK”算成功嗎？Y判斷是否有立刻掛斷電話判斷是否有立刻掛斷電話Y普通普通Y判斷是否有新消息。判斷是否有新消息。調用短信閱讀子程序調用短信閱讀子程序解碼和控制裝置解碼和控制裝置回復短信回復短信發(fā)送到主機。發(fā)送到主機。圖6.1.1主要行程圖4-14.1.2重要子程序流程圖1.TC35完成SIM卡初始化子程序的流程圖設計。該子程序是完成SIM卡的初始化，流程圖如圖4-2所示

43、。開始開始以+以+cmgf = 0發(fā)送 r選擇短消息格式PDU等待時間等待時間5SAt+cpmsAt+cpms = sm 選擇SMS存儲區(qū)域。等待時間等待時間5S&Wr&Wr保存設置返回返回圖4-2 SIM卡初始化子程序流程圖2.模擬串口發(fā)送子程序流程圖設計。該子程序是完成單片機與上位機的通信。因為雙串口的單片機比較貴，所以選擇了單片機，自己的串口接TC35通訊。選擇P3.3(TXD)和P3.4(RXD)作為模擬串口的I/O端子，用于與上位機通信。開始開始設置波特率設置波特率關閉中斷關閉中斷TXD清除到0將將8位數據放入BUFTXDTXD被設置為1返回返回圖4-3模擬串口流程圖3.短信接收子程

44、序的設計。短信接收子程序是單片機控制系統(tǒng)程序的重要組成部分。當有新的短信時，它接收收到的PDU數據包并放入內存，然后對PDU進行解碼，取出對方手機、日期時間、短信長度、容量等信息。流程圖如圖4-4所示。開始開始將將TC35發(fā)送的PDU數據放入串口地址。獲取PDU獲取PDU數據包數據解碼數據解碼目標目標圖4-44.發(fā)送短信子程序的設計。短信發(fā)送子程序是整個單片機程序的核心部分。初始短消息的編碼PDU數據包存儲在內存中，所以需要發(fā)送時，可以直接從內存中提取，然后MCU發(fā)送AT指令與TC35通信，發(fā)送PDU數據包。流程圖如圖4-5所示。開始開始在在+CMGS= 延遲300延遲300毫秒你回到“”你回

45、到“”了嗎？Y延遲延遲300毫秒發(fā)送數據的Unicode發(fā)送數據的Unicode編碼普通發(fā)送發(fā)送Ctrl+z，后跟 0 終止符。你回到你回到“OK”了嗎？Y目標目標圖4-5發(fā)送短消息子程序4.2單片機上短消息收發(fā)程序的實現與上位機通信。4.2.1短信收發(fā)的實現方式。本設計是計算機串口與單片機通過模擬串口經RS232進行串行通信。MCU然后與GSM調制解調器通信，GSM調制解調器接收短消息并向MCU發(fā)送PDU包。單片機解碼分析數據控制電機和燈光，單片機將解碼后的數據通過模擬串口發(fā)送給上位機的串口調試軟件。這種設計是一種適合小規(guī)模項目開發(fā)的實現模式。這種方法需要熟悉AT指令集和串口編程。4.2.2

46、收發(fā)短信的功能實現。打開串口調試軟件，選擇串口COM 1,9600波特率，無奇偶校驗，8位數據和一個停止位，等待接收GSM模塊發(fā)送的數據。當有新的短消息時，TC35模塊會將SIM卡接收到的PDU包通過串口發(fā)送給MCU，MCU會對PDU包進行解碼并分析解碼后的容量，然后控制被控對象，再將短消息信息通過串口發(fā)送給上位機的串口調試軟件。4.2.3發(fā)送短消息的程序實現。分析了發(fā)送PDU字符串的編譯。編譯后的PDU字符串存儲在MCU中，通過相應的AT指令實現短消息的發(fā)送。用來發(fā)送消息的AT指令是:AT+CMGS。以之前的發(fā)送PDU字符串為例，即發(fā)送容量為“2號開”，接收方手機號碼為；需要注意的是，這里省

47、略了SMSC地址格式和SMSC地址，采用SIM卡設置的SMSC地址。即發(fā)送的PDU字符串為09105F011000D955F3253F75F00。具體程序如下:unsigned char SMS _ sendtc 35 SMS(unsigned char * PDU _ str，unsigned int length)at_cmd_str15的無符號字符idatasprintf(at_cmd_str， AT+CMGS=%dr ，長度)；tc35 _ SendAtCommand(at _ cmd _ str)；ES = 0；dt = 100while(dt)while(RI=0)&(dt！=0)

48、feed看門狗()；RI = 0；if(SBUF= )打破；如果(dt=0)#ifdef調試PrintMessage(not wait )。#endif返回(假)；dt = 2；而(dt)feed watchdog()；tc35 _ SendAtCommand(PDU _ str)；at _ cmd _ str0= Ctrl _ Z；at _ cmd _ str1= 0 ；tc35 _ SendAtCommand(at _ cmd _ str)；tc35 _ waittc 35 respond()；返回(假)；程序定義了一個pdu_str指針，指向pdu數據包，長度為短消息的21。發(fā)送AT+C

49、MGS=21r，等待TC35回復“”，打開串口發(fā)送PDU數據，以Ctrl_Z+0 結束。程序中的FeedWatchdog是一個用來處理延時操作的自定義函數，因為需要在兩個連續(xù)的AT指令之間設置一定的間隔時間(設置為1秒)，為每個發(fā)送的指令提供響應時間。4.2.4接收報文的程序實現。首先介紹一些相關的AT指令，(1)AT+CPMS，優(yōu)先信息存儲。該命令用于指定讀寫信息的存儲區(qū)域。在此設置為+cpms = sm 、 sm 和 sm 。收到的短消息存儲在GSM模塊的SIM卡中，而不是存儲在模塊本體的存儲器中。(2)AT&W，用于保存所做的設置。(3)AT+CNMI，新信息指示，可用于設置某類短消息到

50、達時如何處理。這里就不介紹它的詳細指令語法了。這里設置為AT+CNMI=3，1，這樣當收到新消息時，系統(tǒng)會收到提示消息，格式為:+CMTI:“SM”，1。保存上述設置后，當軟件收到新消息到達的提示消息時，MCU將PDU包存儲在一個字符串中。收到的PDU數據包如下:00005 f 0040d 991 f 230660 a 8597 dff 01 .1.一些方案的實施如下:void tc35_InitTc35(void)dt = 4；而(dt)feed watchdog()；tc35 _ succeedtc 35 command( AT+CMGF = 0 r )；tc35 _ succeedtc

51、35 command( AT+CNMI = 2，1 r )；dt = 4；而(dt)feed watchdog()；tc35 _ SendAtCommand( AT+CPMS = SM ， SM ， SM r )；tc35 _ waittc 35 respond()；dt = 4；而(dt)feed watchdog()；tc35 _ succeedtc 35 command( AT & W r )；本程序是選擇短消息格式(PDU)與存儲位置，最后保存并退出。2.一些方案的實施如下:if(es _ buf3= = T )& &(es _ buf4= = I )ins MSF = 1；返回；本程

52、序是單片機通過串口將GSM MODEM發(fā)送的數據存儲在es_buf中。在上面的過程中，我判斷接收到的數據是否包含“T”和“I”。如果是，則“inSmsF”的新短信標志高，返回。3.一些方案的實施如下:void sms_SetMenuBySMS(void)無符號字符數據索引；for(索引= 1；index = SmsEntryMaxindex+)if(sms_CheckTc35SMS()=0)返回；if(inCallF=1)in callf = 0；tc35 _ hangupinecall()；feed看門狗()；if(SMS _ read TC 35 SMS(index)= = false)返

53、回；sms_DeleteTc35SMS(索引)；phone _ SMS()；這個程序調用短信讀取子程序sms_ReadTc35SMS，讀取sms_ReadTc35SMS中的短信，然后執(zhí)行短信刪除子程序sms_DeleteTc35SMS。第五章測試結果及分析5.1運行結果運行程序結果如圖5-1所示:圖5-1操作結果用TC35模塊給MCU上電，連接RS232，打開串口調試軟件，選擇9600波特率，選擇好端口。GSM調制解調器初始OK出現在上圖的開頭！初始化正常，網絡已找到。等待短信，后面顯示發(fā)短信的手機+時間+容量。在本地手機中，發(fā)送容量“3”是控制電機轉動，“2”是控制電機停止。動作完成后，自動

54、向本地手機返回動作完成短信。5.2系統(tǒng)性能分析系統(tǒng)的抗干擾抗干擾設計是單片機應用系統(tǒng)設計的重要組成部分。沒有良好的抗干擾措施，系統(tǒng)就不能安全可靠地工作。當然，我們只能通過系統(tǒng)軟硬件的設計，盡可能的減少干擾的影響，但不可能完全消除干擾。該系統(tǒng)在抗干擾方面考慮了以下問題。加寬地線和電源線，加寬的地線和電源線是信號線的7倍。所有芯片可靠接地，接地線形成回路。手動布置組件和布線，并使連接盡可能短。5.2.2通信延遲分析任何網絡都存在時間延遲，使用以短信為載體的GSM無線數據傳輸，不可避免的會遇到同樣的問題。以兩個ms之間收發(fā)短信為例。發(fā)送短消息，發(fā)送方首先按照協(xié)議結構自頂向下封裝用戶數據，然后通過信令

55、信道發(fā)送到MSC，通過PLMN路由到SC，完成SM-MO業(yè)務。SMS-SUBMIT在SC中解封裝，然后封裝到SMS-DELIVER中。SMS-DELIVER通過PLMN路由到MSC并發(fā)送到接收方MS。短消息在MS中解封裝并提交給用戶或應用程序以完成SM-MT服務。在這個過程中，每個環(huán)節(jié)都需要處理時間，發(fā)送和接收一條短信的時間間隔稱為傳輸時延。短消息服務通過GSM網絡的信令信道傳輸，因此MS可以同時發(fā)送或接收短消息，即使它已經在打電話。當MS處于正常狀態(tài)時，SDCCH信道用于發(fā)送和接收短消息，而SACCH信道在用戶忙時使用。后者比前者需要更多的時間來發(fā)送或接收下一條完整的短消息。此外，GSM網絡

56、或SC中的擁塞無疑會導致更大的時延。利用單片機系統(tǒng)發(fā)送短消息，受系統(tǒng)速度和串行波特率的影響，從內存到GSM MODEM的數據打包和數據傳輸也會有一定的傳輸延遲。與前者的網絡延遲相比，這個延遲相對固定，相對較小，所以通?？梢韵裆衔粰C一樣忽略不計。5.2.3短消息傳輸時延的測量和結論為了對數據傳輸延遲有一個清晰的認識，我們可以通過實驗的方法粗略的測量一下?；镜臏y試方案是:分別比較網絡忙閑時間段，使用不同的傳輸時間間隔，使用不同長度的數據包，得出如下結論:1.不同時間段對短消息傳輸延遲的影響；選擇9: 00、16: 00的繁忙時段和12: 00、20: 00、22: 00的空閑時段，每隔5s連續(xù)發(fā)

57、送短信，短信的數據部分只攜帶6字節(jié)的時間值。傳輸時延過大被認為是不良數字，在數據統(tǒng)計中會被剔除。根據有效數據分析可知:傳輸延遲主要集中在5s和6s，但繁忙時段多為6s，空閑時段多為5s；空閑時間延遲4s的百分比遠遠高于繁忙時間。得出網絡空閑時間的通信效果優(yōu)于繁忙時間的結論，因此可以在網絡空閑時間設置系統(tǒng)查詢好的。2.不同傳輸時間間隔對短信傳輸時延的影響選擇9: 00時間段，分別間隔5s、10s、30s連續(xù)發(fā)送。SM數據部分僅攜帶6個字節(jié)的時間值。5s測試過程中，有時(通常在繁忙的一天)會出現一個異?，F象:在一個測試周期的開始，傳輸延遲為4s-6s，這是正常的。短信發(fā)送數量超過五六十條后，后續(xù)所

58、有短信的傳輸延遲都非常大，最長可達10分鐘甚至更長。當傳輸時間間隔延長到10s、30s時，這種現象就會消失。得出傳播密度越小(時間間隔越長)越有利于傳播的結論，符合客觀實際。3.不同數據長度對短信傳輸時延的影響選擇了70字節(jié)的SM數據長度和140字節(jié)的滿載的兩種典型情況。測試過程中發(fā)現，在一個測試周期內，發(fā)送模塊每隔5s連續(xù)發(fā)送幾條短信后，SC因為無法及時處理這么快的數據流而返回錯誤信息，導致測試中斷。當擴展發(fā)送間隔設置為l0s時，一切都很順利。顯然，隨著SM數據長度的增加，傳輸延遲變得更長。綜上所述，我們可以認為以30s的時間間隔發(fā)送滿負荷的用戶數據可以獲得滿意的傳輸效果。如果數據不是滿負荷

59、的，可以以更短的時間間隔連續(xù)發(fā)送數據。系統(tǒng)開發(fā)中的困難項目開發(fā)的難點主要集中在軟件上。我們可以通過調試軟件清楚的了解單片機部門的工作情況，但是對于GSM模塊的狀態(tài)，我們只能通過單片機向其發(fā)送AT指令，等待其響應。根據響應值判斷軟件的正確性。如果響應值有誤差，就要分析原因。往往與當時GSM模塊的狀態(tài)和GSM網絡本身的狀態(tài)有關，所以錯誤類型不是唯一的，有很多種。有時MCU甚至接收不到模塊的響應，給調試帶來很大的麻煩。所有AT命令的響應只有通過大量的實驗才能掌握。第六章結論本課題是一個基于GSM網絡的數據傳輸系統(tǒng)，通過現有的GSM網絡，采用短消息方式，利用單片機控制GSM模塊向另一臺計算機終端發(fā)送數

60、據。到目前為止，GSM網絡在短消息方面的應用具有很大的優(yōu)勢，通過GSM網絡的短消息業(yè)務實現遠距離數據通信的技術才剛剛起步，在車輛調度、安全、導航、監(jiān)控、監(jiān)視等領域已經開始有一定的研究和應用。特別是在偏遠地區(qū)，如江海等架設通信線路困難或不經濟的地方，利用GSM網絡的短信實現其遠程監(jiān)控是一種實用有效的技術手段和必然趨勢。此外，本文還考慮了短消息服務的時延等問題。因此，本課題本身具有很大的現實意義和一定的參考價值。特別是對一些關鍵技術進行了詳細介紹，為以后的應用項目打下了基礎。6.1論文的創(chuàng)新點1.利用GSM網絡的短消息實現數據通信。目前這項技術處于領先水平。尤其是利用AT命令來掌握MCU與GSM模