【文章內(nèi)容簡介】 報警電路 單片機與 GSM 模塊電路設(shè)計 本設(shè)計直接采用 GSM 開發(fā)板，其集成 GSM 模塊（ TC35i） 、 GSM 天線 、 +5V 開關(guān)電源 ，自帶 RS232 通訊接口 ,可以方便地與 PC 機、單片機連機通訊?？梢钥焖?、安全、可靠地 實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的短消息服務(wù)。 GSM模 塊是傳統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器與 GSM 無線移動通信系統(tǒng)相結(jié)合的一種數(shù)據(jù)終端設(shè)備 。其實物圖如圖 ： 圖 GSM 開發(fā)板 單片機與 GSM模塊連接通過一個 TTL轉(zhuǎn) RS232電平電路 ,連接到串口 ,另一端直接連接到 GSM 模塊串口。 第 11 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 下面介紹本設(shè)計用到的 AT指令，其中 與短信相關(guān)的指令主要在 中規(guī)定 ,主要包括 : AT+CMGF： 設(shè)置編碼模式 ：有以下 2 種模式： AT+CMGF=1 設(shè)置為 TEXT 格 ； AT+CMGF=0 設(shè)置為 PDU格式 ； AT+CSCA： 設(shè)置短信中心號碼 ； AT+CMGS： 發(fā)送短信 ； AT+CMGL： 列出短信 ； AT+CMGR： 讀短信 ； AT+CMGD： 刪除短信 。 系統(tǒng)介紹 GSM 的特點 主要表現(xiàn)在以下幾方面： 的移動臺 可以實現(xiàn)國際漫 游 ， 為了實現(xiàn)漫游功能， GSM 為用戶定義了三個識別碼，它們 分別 是 DN 碼、 MSRN 碼和 IMSI 碼。 DN 碼是公用電話號碼簿上可以查到的統(tǒng)一 的 電話 的 號碼； MSRN 碼 是 由 VLR（訪問位置寄存器）臨時指定，并根據(jù)此號碼將呼叫接至漫游的移動臺 ， 在呼叫漫游用戶時使用的號碼 ；國際移動臺識別碼 IMSI 在無線信道上使用，用來尋呼和識別移動臺。上述三個號碼存在 著相 對應(yīng)關(guān)系， 使用 它們 的關(guān)系可以準(zhǔn)確無誤地識別出某個移動臺。 當(dāng)公有用戶要呼叫某漫游移動臺時，該用戶通過電話機撥打移動臺 DN碼， DN碼首先經(jīng)由公用交換網(wǎng)接至最靠近的本地 GSM 移動業(yè)務(wù)交換中心（ GSMC）， GSMC 利用 DN碼訪問母局位置登記器，從中取得漫游臺的 MSRN 碼， GSMC 根據(jù)此碼將呼叫接至被訪問的移動業(yè)務(wù)交換中心（ VMSC）， VMSC接到 MSRN 號碼后，進一步訪問來訪者登記器，證實漫游臺是否仍在本區(qū)工作，經(jīng)確認后， VMSC 把 MSRN 碼轉(zhuǎn)換成國際移動臺識別碼（ IMSI），通過當(dāng)?shù)鼗荆跓o線信道上向漫游移動臺發(fā)出尋呼，從而建立通話。 若某 地方 的移動臺進入另一個 地方 時，只有經(jīng)過位置登記后才能使用。 自動 檢測 該地 基站的廣播公共信道，以獲得 它的 位置。當(dāng)發(fā)現(xiàn)收到 與自己原來 地方 不同時 的 區(qū)域識別碼 ，漫游的移動臺會向當(dāng)?shù)鼗景l(fā)出 信號 ，通知 VLR， 并將此號碼通過 CCITT 信令， VLR即 指定一個臨時號碼 MSRN，通知移動臺所在業(yè)務(wù)區(qū)備案。這樣，一個漫游用戶位置登記就完成了。 GSM可提供新業(yè)務(wù)包括 300～ 9600bps雙工異步數(shù)據(jù)通信、 1200～ 9600bps 雙工同步數(shù)據(jù)通信、異步 300～ 9600bps 的 PAD（分組打包拆包）接入電路、分組數(shù)據(jù)和話音數(shù)字信號、可視圖文以及對 ISDN（綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)）終端的支持等。 具有較好的保密功能 。 GSM可以向 用戶提供以下三種保密方式： (1)對移動臺識別碼 的 加密， 可以讓 竊聽者無法確定用戶的移動臺電話號碼， 從而 第 12 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 起到對用戶位置保密的作用； (2)將用戶的 識別碼 、信令數(shù)據(jù)和 話音 加密，使非法竊聽者無法收到通信的具體內(nèi)容； (3)利用 “ 詢問 — 響應(yīng) ” 過程啟動 “ 用戶鑒別 ” 單元來鑒別用戶。在通信過程開始時，首先由網(wǎng)絡(luò)向移動臺發(fā)出一個信號，移動臺收到這個號碼后，連同內(nèi)部的 “ 電子密鑰 ” ，共同來啟動 “ 用戶監(jiān)別 ” 單元，隨之輸出信息，返回網(wǎng)絡(luò)的固定方，網(wǎng)絡(luò)固定方在發(fā)出號碼的同時，也啟動自己的 “ 用戶鑒別 ” 單元，產(chǎn)生相應(yīng)的信息，與移動臺返回的信息比較，若相同則確認為合法用戶，否則確認為非法用戶，從而確保了用戶的使用權(quán)。 ，高頻度的越區(qū)切換是不可避免問題。為了解決這個問題， GSM 采取主動參與越區(qū)切換的策略，其工作原理如下：移動臺在通話期間，不斷向所在工作區(qū)基站報告本區(qū)和相鄰區(qū)無線環(huán)境的詳細數(shù)據(jù)，當(dāng)需要越區(qū)切換時，移動臺主動向本區(qū)基站（ BS）發(fā)出越區(qū)切換請求，固定方（ MSC 和 BS）根據(jù)來自移動臺的數(shù)據(jù)，查找是否存在替補信道，以接收越區(qū)切換，如果不存在，則選擇第二替補信道，直到選中一個空閑信道，使移動臺切換到 該信道上繼續(xù)通信。 GSM 系統(tǒng)容量大、通話音質(zhì)好、便于數(shù)字傳插、可與今后的 ISDN 兼容，還具有電子信箱、短消息業(yè)務(wù)等功能。 GSM 安全 ： GSM 系統(tǒng)設(shè)計使用共享密鑰用戶認證。 UMTS 的發(fā)展提供了一個選擇，就是 USIM， 用戶與基站之間的通訊可以被加密。 它使用更長鑒別密鑰保證更好的安全以及網(wǎng)絡(luò)和用戶的雙向驗證。 GSM 為了安全使用多種加密算法。但是系統(tǒng)支持多個不同算法，這樣運營商就可以換一個安全等級更強的。 GSM 系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 主要由 MS、 NSS、 BSS 和 OSS 四部分組成 ,如圖 ： 第 13 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 N M C D P P S P C S S E M CO S SM S CV L RB S CB T SB S SB T SH L RA U CO M CE I R P S T N I S D N P D NN S SM S 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 基站子系統(tǒng)（ BSS）在 MS與 NSS之間 管理和 提供 傳送通道 ，特別是包括了 MS和 GSM系統(tǒng)的功能實體之間的無線接口管理。 MS、 BSS 和 NSS 是 GSM的 實體部分，操作支持子系統(tǒng)（ OSS）則 為 運營部門 提供 維護 實體 部分。 NSS它負責(zé)所有 和 移動用戶有關(guān)的呼叫 移動性管理、 接續(xù)處理、用戶設(shè)備及保密性等 等 功能 , 是整個 GSM系統(tǒng)的控制和交換中心，并提供 GSM系統(tǒng)與其他網(wǎng)絡(luò)之間的連接。 移動臺 (MS)包括移動臺物理設(shè)備和智慧部件 SIM 卡兩部分。移動臺是 GSM 移動通信網(wǎng)中用戶使用的設(shè)備， 也是用戶能夠直接接觸的 GSM 系統(tǒng)中的唯一設(shè)備。 移動終端 (TE)：指終端設(shè)備本身，與用戶個人無關(guān)，它 多種 編碼 信息加密、 信息的調(diào)制和解調(diào)、信息的發(fā)射和接收等。 SIM 卡：代表移動用戶個人，存有認證用戶 的 信息，并執(zhí)行 與用戶安全信息 有關(guān)的重要信息。 NSS 主要完成 用戶數(shù)據(jù)與移動性 、安全性 的 管理所需的數(shù)據(jù)庫 功能和交換功能 。 NSS中各功能實體介 紹如下： MSC： 即移動交換中， 是 網(wǎng)絡(luò) 的核心， 對在它所覆蓋 的移動臺進行控制和完成話路交換的功能實體 。 VLR： 即訪問位置寄存器， 是存儲 MSC處理 來訪移動用戶的相關(guān)數(shù)據(jù)， 呼叫 對 所需數(shù)據(jù)庫信息 的檢索 。 HLR：是管理 的有關(guān) 部門用于存儲移動用戶管理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，其存儲著進入該控制區(qū)內(nèi)的所有移動用戶的有 關(guān)數(shù)據(jù)。 第 14 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 AUC： 主要是用來確定 用戶的身份和 產(chǎn)生 對 保密 呼叫所需鑒權(quán)和加密的三 中 參數(shù)的功能實體 。 EIR：是 來確保移動設(shè)備的安全性玉唯一性， 存儲設(shè)備的 參數(shù) 數(shù)據(jù)庫。 OMC： 操作與維護中心 (OMC)用于對 GSM系 統(tǒng)的集中操作與維護， 對網(wǎng)絡(luò)進行管理與監(jiān)控。 OMC 對基站分系統(tǒng)和交換網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)分別進行操作和維護 (如監(jiān)視、 狀態(tài)報告、 故障診斷等 )。 無線基站分系統(tǒng)是在 某個 無線區(qū)域中由 MSC 控制， 與 移動臺 進行通信的系統(tǒng)設(shè)備，它主要負責(zé)完成無線 收發(fā) 和無線資源管理等功能。 它的 功能實體可分為 基站收發(fā)信臺(BTS)和 基站控制器 (BSC)。 BSC： 具有對一個或多個 BTS 進行控制的功能。它 的任務(wù) 主要負責(zé)無線網(wǎng)絡(luò) 中的資源管理、 小區(qū)數(shù)據(jù) 配置管理、功率 、定位和切換 控制 等， 是一個很強的業(yè)務(wù)控制點。 BTS： 是基站分系統(tǒng)的無線部分， 由 BSC 控制。它主要負責(zé)無線傳輸，完成無線與有線的轉(zhuǎn)換、無線分集、無線信道的加密、跳頻等功能。 短消息 業(yè)務(wù) 短消息業(yè)務(wù)和 語音傳輸 以 及傳真同為 第二代移動通信系統(tǒng) GSM數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)提供的主要 的 電信 的 業(yè)務(wù)，它通過 信道傳 輸，通過 服務(wù)中心完成 前轉(zhuǎn) 和 存儲 功能。短消息業(yè)務(wù)包括兩種： 一種 是廣播短消息，即由廣播短消息 中心收集 所需的信息給用戶。另 一種 是點到點的短消息 發(fā)送，即通過一個使用者發(fā)給另一個，內(nèi)容包含 少量的文字和數(shù)據(jù) 的信息： 這兩種方式都可以 在網(wǎng)絡(luò) 因某種錯誤 暫時無法將短消息傳給移動臺的情況下， 就將 信息在網(wǎng)上保存記錄，當(dāng)發(fā)現(xiàn)移動臺可達時，通知對應(yīng)的實體重新傳送短消息，故而 ，短消息 就 具有 了較高 的可靠性。 在電路交換中點到點短消息業(yè)務(wù)中包含的網(wǎng)絡(luò)實體間的協(xié)議 在電路交換 的 公共陸地移動網(wǎng)中，通過移動交換中心 ,移動臺 就 接入 移動網(wǎng)中 。 移動 用戶 被叫 的 點到點短消息業(yè)務(wù)中，首先，短消息服務(wù)中心發(fā)送短消息給 SMS． GMSC，通過詢問 HLR后 獲得目標(biāo)MS所在的 MSC 號碼， 先將短消息先傳 給 MSC。 MSC之后就 詢問 VLR 中存儲 的 與用戶有 關(guān)的 信息， 并對用戶 鑒權(quán)后， 又再次將短消息傳 給目標(biāo) MS。然后， MS返回報告給 MSC； 那么 在移動 用戶 主叫點到點的短消息業(yè)務(wù)中，用戶請求接入通過鑒權(quán)后，將短消息傳遞給MSC。 由以上介紹的 SMS工作原理可 看出， 短消息 作為 GSM 網(wǎng)絡(luò)的一種主要的電信業(yè)務(wù)，其傳遞 的 可靠性很高 以及保密性好 。 GSM 網(wǎng)絡(luò)在 很大的范圍內(nèi)實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，相對于傳統(tǒng) 在無線覆蓋面上具有 相當(dāng)大的優(yōu)勢，更加突顯了它在無線 傳輸 數(shù)據(jù)方面的 優(yōu)勢，為基于它的各類數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的開發(fā) 與應(yīng)用 打下了堅實 而可靠 的基礎(chǔ)。 第 15 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 特殊器件的介紹 本系統(tǒng)中主要使用了如下一些功能器件： DS18B GSM模塊 TC35i。下面就這些器件的功能特點、主要參數(shù)和使用方 法作相應(yīng)說明。 器件介紹 技術(shù)性 能描述： ● 測溫范圍為 55～ +125℃ (67～ +257℉ ) ● 獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 ● 在 10～ +85℃范圍內(nèi)精確度為177。 ℃ ● 溫度計分辨率可以被使用者選擇為 9～ 12位 ● 最多在 750ms 內(nèi)將溫度轉(zhuǎn)換為 12 位數(shù)字 ● 簡單的多點分布式測溫應(yīng)用 ● 用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置 ● 報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件 ● 可通過數(shù)據(jù)線供 電。供電范圍為 到 。 ● 與 DS1822 兼容的軟件 ● 獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通訊 ● 每個器件有唯一的 64位的序列號存儲在內(nèi)部存儲器中 ● 無需外部器件 應(yīng)用范圍 ： 1 該產(chǎn)品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領(lǐng)域 ； 2 軸瓦， 缸體，紡機，空調(diào)，等狹小空間工業(yè)設(shè)備測溫和控制； 3 汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、以及中低 溫干燥箱等； 4 供熱 /制冷管道熱量計量，中央空調(diào)分戶熱能計量和工業(yè)領(lǐng)域測溫和控制 。 引腳說明： 1 引腳 GND 接地引腳 2 引腳 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。 3 引 腳 VDD 電源引腳 DS18B20 實物圖如圖 ： 第 16 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書