【文章內(nèi)容簡介】 GSM 系統(tǒng)來構(gòu)建自 己的通信平臺，是非常有使用價值的。這種系統(tǒng)不需要在組建專用的通信網(wǎng)絡(luò)，就能實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)傳輸功能。 GSM 系統(tǒng)協(xié)議提供了非常透明的支持，加上手機的無線 MODEM 模塊，就可以構(gòu)成無線數(shù)據(jù)的傳輸系統(tǒng)?，F(xiàn)代的手機都包含一個無線 MODEM 模塊，作為無線數(shù)據(jù)收發(fā)的終端，是整個手機能夠聯(lián)網(wǎng)的核心。這個無線 MODEM模塊一般都支持 GSM規(guī)定的 AT 指令集，該指令集是由諾基亞、愛立信、摩托羅拉等廠商共同為 GSM 系統(tǒng)制定的，已由 ETSI(歐洲通信技術(shù)委員會 )正式發(fā)布，并加入 標準，其中包含對 SMS(短信息服務(wù) )的控 制。 GSM 的短信業(yè)務(wù) SMS 利用信令信道傳輸，這是GSM 通信網(wǎng)特有的。它不是用事先撥號建立連接，把數(shù)據(jù)信息和發(fā)送的目的地址 通過 GSM 協(xié)議編碼后，發(fā)送到移動供應(yīng)商的服務(wù)中心。短消息服務(wù)中心不直接送給最終的接收端，而是首先存儲該信息。所以當接收方手機沒有開機時，發(fā)送的信息也不會丟失。無線 MODEM 有三種 SMS 控制協(xié)議，即 BL0CK M0DE 協(xié)議、基于 AT 指令的 TEXT MODE 協(xié)議、基于 AT 指令的 POU MODE 協(xié)議，前兩種是較早使用的，而且國內(nèi)手機不支持， PDU MODE 協(xié)議現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛。 SMS 的通信指令 TA 指令 本設(shè)計是基于 GSM 模塊的遠程溫度控制，而 GSM 模塊中的短信息通信業(yè)務(wù)是我們完成遠程控制的手段。單片機與手機的軟件接口，其實是單片機通過與 GSM 短信有關(guān)的 AT 指令控制手機的控制技術(shù)，實現(xiàn)工作模式、讀短信、發(fā)短信和短信的刪除等功能。首先單片機發(fā)送 AT 指令，等待手機的應(yīng)答信號，然后對于手機工作模式的設(shè)定，可以使用指令 AT+CMGF=N(N=O 為 PDU 模式， N=1 為文本模式 )來完成，一般設(shè)置為 PDU 模式。讀短信息數(shù)據(jù)可以采用兩個指令 AT+CMGR=N 讀手機短信息數(shù)據(jù) (N 為短消息號 )、 AT+CMGL=N 為列出手機中的短消息 (N=0 是未讀的短信息、N=l 為已讀的短信息、 N=2 未發(fā)的短信息 )。最后刪除手機中的短消息可以使用指令AT+CMGD： N， N 為待刪除的短信息編號。發(fā)送短信息要使用無線通信模塊，所以都需要根據(jù) TC35I 的接口協(xié)議編制通信程序 [15]。 TC35I 的串口數(shù)據(jù)通信支持 和 標準的 AT 指令集。在短信息模塊收到網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的短信息時，能夠通過串口發(fā)送指示信息，數(shù)據(jù)終端設(shè)備可以向 GSM 模塊發(fā)送各種命令集，是由諾基亞、愛立信、摩托羅拉和 HP 等廠家共同為 GSM 系統(tǒng)研制的，其中包 含了對 SMS 的控制。天津職業(yè)技術(shù)師范大學 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計 7 常用與 SMS 相關(guān)的 AT 命令主要有以下幾條： AT+CMGC：發(fā)出一條短消息命令； AT+CMGD：刪除 SIM 卡內(nèi)存的短消息； AT+CMGF：選擇短消息信息格式， 0 為 PDU 格式， 1 為 TEXT 格式； AT+CMGL：列出 SIM 卡中的短消息 ； AT+CMGR/CMGS： 讀 /發(fā)送短消息； AT+CMGW： 向 SIM 內(nèi)存中寫入待發(fā)適消息； AT+CMSS： 從 SIM 內(nèi)存中發(fā)送短消息； AT+CNMI： 顯示新收到的短消息； AT+CSCA： 短消息中心地址。 目前，發(fā)送短消息常用 Text 和 PDU（ Protocol Data Unit，協(xié)議數(shù)據(jù)單元）模式。使用 Text 模式收發(fā)短信息代碼簡單，實現(xiàn)起來容易，但缺點是不能收發(fā)中文短信：而 PDU 模式不僅支持中文短信，也能發(fā)送英文短信。 PDU 模式收發(fā)短信可使用 3 種編碼 :7bit、 8bit 和 UCS2 編碼 [16]。 7bit 編碼用于發(fā)送普通的 ASCII 字符， 8bit 編碼通常用于發(fā)送數(shù)據(jù)消息， UCS2 編碼用于發(fā)送 Unicode 編碼字符。在這三種編碼方式下，可發(fā)送的最大字符數(shù)分別是 160、 1 70。若發(fā)送中文，必須采用 PDU 模式的 Unicode編碼方式。 一般的 PDU 編碼由 A B C D E F G H I J K L M 十三項組成 ： A：短信息中心地址長度， 2 位十六進制數(shù)（ 1 個字） ； B：短信息中心號碼類型， 2 位十六進制數(shù) ； C：短信息中心號碼， B+C 的長度將由 A 中的數(shù)據(jù)決定 ； D：文件頭字節(jié)， 2 位十六進制數(shù) ； E：信息類型， 2 位十六進制數(shù) ； F：被叫號碼長度， 2 位十六進制數(shù) ； G：被叫號碼類型， 2 位十六進制數(shù)，取值同 B； H：被叫號碼，長度由 F 中的數(shù)據(jù)決定 ； I：協(xié)議標識， 2 位十六進制數(shù) ； J：數(shù)據(jù)編碼方案， 2 位十六進制數(shù) ； K：有 效期， 2 位十六進制數(shù) ； L：用戶數(shù)據(jù)長度， 2 位十六進制數(shù) ； M：用戶數(shù)據(jù)，起長度由 L 中的數(shù)據(jù)決定。 J 中設(shè)定采用 UCS2 編碼，這里是英文的UNICODE 字符。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計 8 TC35I 通信模塊 TC35I 是西門子最新推出的無線通信模塊，功能與 TC35 兼容，設(shè)計緊湊。 TC35I與 GSM2/2+兼容，雙頻 (GSM900/GSMl800)工作，帶有 RS232 數(shù)據(jù)口。符合 ETSI 標準 GSM0707 和 GSM0705，且易于升級為 GPRS 模塊。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標準的 AT 命令接口，為數(shù)據(jù)、語音和短 消息提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計。 TC35I 有 40 個引腳，通過 ZIF 連接器引出。這些引腳可劃分為 5 類，即電源、數(shù)據(jù)輸入 /輸出、 SIM 卡、音頻接口和控制 [5]。 TC35i 的管腳圖如 21 所示。 VE1VE2VE3VE4VE5GND6GND7GND8GND9GND10POWER11POWER12VDD13ACCU_TEMP14IGT15DSR016RING017RtD018TsD019CTS020RTS021DIR022DCD023CCIN24CCRST25CCI026CCCLK27CCVCC28CCGND29VDDLP30PD31SYNC32EPP233EPN234EPP135EPN136MICN137MICP138MICN239MICP240U1 TC35iVCC1KR11KR21KR3S1D1LED13KR410KR5Q1NPNR0OUTTILNVCCCCGND4CCRST2CCCLK3CCVCC1CCVPP5CCIO6U3SIM_CARD 圖 21 TC35i 的管腳圖 1～ 14 引腳為電源部分，其中 l～ 5 引腳為電源電壓輸入端 VBATT+6～ 10 引腳為電源地 GND， 11～ 12 引腳為充電端， 13 引腳為對外輸出電壓 (供外部電路使用 )， 14引腳 ACCU/TEMP 接負溫度系數(shù)的熱敏電阻； 24～ 29 引腳為 SIM 卡連接端； 33～ 40引腳為語 音接口用來接電話手柄。 1 31 和 32 引腳為控制部分， 15 引腳為啟動線 IGT(Ignition)。當 TC35i 通電后必須給 IGT 一個大于 100mV 的低電平，模塊才能啟動。 30 引腳為 RTC back up； 31 引腳為掉電控制； 32 引腳為 SYNC， 16～ 23 引腳為數(shù)據(jù)輸入 /輸出端 分別為 DSRO、 RINGO、 RXD0、 TXD0、 CTSO、 RTSO、 DTRO天津職業(yè)技術(shù)師范大學 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計 9 和 DCDO。 單片機和 GSM 之間的電路連接就是把 TC35i 的 相連接。 電源電路分為充電電池和穩(wěn)壓電源模塊兩部分。充電電池為整個系統(tǒng)提供 工作 電壓。同時產(chǎn)生 MAX232 所需要的高電平：三端電源模塊 LM7806 將外部 12V直流電源轉(zhuǎn)換為 6V， 連接至 ZIF 連接器的 1 12 引腳。在充電模式下可為 TC35I提供 6V/500mA 的充電電源。 啟動電路由漏極開路三極管和上電復位電路組成。模塊上電 10ms 后 (電池電壓須大于 3V)，為使之正常工作，必須在 15 引腳 (IGT)施加低電平信號，至少保持 100 ms且該信號下降沿時間小于 1ms，啟動后 15 引腳應(yīng)保持高電平。 數(shù)據(jù)通信電路主要實現(xiàn)短消息收發(fā)、與 PC 機通信、軟件控制等功能。 TC35I 的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收 發(fā)，符合 RS232 接口電路標準。工作在 CMOS 電平 ()。數(shù)據(jù)通信電路以 MAX232 為核心實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換及串口通信。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計 10 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計 整個遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)由遠程溫度監(jiān)控報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為 3 部分：監(jiān)控中心、GSM 短信息 (SMS)服務(wù)中心和現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)中的溫度采集部分由 DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器負責實時采集現(xiàn)場溫度信號，并把溫度信號直接以數(shù)字形式傳送給AT89S52 單片機。 AT89S52 單片機取得相應(yīng)的數(shù)值后經(jīng)主程序分析與設(shè)定值比較，根據(jù)實際情況輸出 信號控制輸出電路各端 El 的電平，以驅(qū)動外圍的控制電路工作， 實現(xiàn)對被控制對象的控制；同時判斷各監(jiān)測值是否滿足發(fā)送信息條件，若滿足條件即通過通信模塊 TC35 向監(jiān)控中心或值班人員的手機發(fā)送信息。另外， AT89S52 單片機也通過 TC35 模塊接收發(fā)自監(jiān)控中心或手機的短信息指令，對收到的短信息進行解釋并執(zhí)行，實現(xiàn)對被控制對象的管理和控制。監(jiān)控中心主要功能是實時監(jiān)控現(xiàn)場各測量設(shè)備狀態(tài)，并對安裝在現(xiàn)場的監(jiān)控系統(tǒng)實時上傳的各種信息、數(shù)據(jù)進行分析及處理。若接收到異常狀態(tài)數(shù)據(jù)，服務(wù)器提供報警顯示，管理維護人員可在服務(wù)器端向監(jiān)測 現(xiàn)場發(fā)送控制短信息，通過單片機改變現(xiàn)場工作狀態(tài)。由于 GSM 是目前我國主要使用的蜂窩數(shù)字移動通信系統(tǒng)，技術(shù)成熟，覆蓋面廣，傳輸距離基本不受限制，而且直接面向用戶手機，是良好的無線傳輸平臺。用戶手機為遠程監(jiān)控終端，當有安全事故發(fā)生時，手機就會接收到一條來自智能監(jiān)控器的報警短信。在設(shè)計開發(fā)過程中 GSM 網(wǎng)絡(luò)和用戶手機均為現(xiàn)有設(shè)備，可以直接引入系統(tǒng)。 GSM 通訊網(wǎng)絡(luò)和手機用戶終端都是已有的，所以重點是智能溫度監(jiān)控器的設(shè)計與實現(xiàn)。 智能溫度監(jiān)控器由西門子的 TC35I 模塊、 AT89S52 模塊、溫度傳感器采集模塊(DS18B20)和一些外圍器件（液晶顯示，按鍵，報警等模塊）構(gòu)成。圖 31 為 此 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖 。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計 11 DS 18 B 20溫度傳感器控制核心AT 89 S 52GAM 模塊 TC 35 I手機鍵盤 液晶顯示報警模塊 圖 31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 AT89S52 及其外圍電路 在此設(shè)計中采用 單片機 AT89S52，它 的主要任務(wù)是采集受控對象的溫度狀態(tài)，然后對其進行 TEXT 編碼，通過 TC35i 通信模塊發(fā)送到監(jiān)測中心；同時接收來自監(jiān)控中心的指令短消息，對其解碼后執(zhí)行相應(yīng)的操作。 還有就是對鍵盤，液晶和現(xiàn)場報警電路進行控制。 AT89S52 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機，片內(nèi)含4KB 的可反復擦寫的程序存儲 器和 128Bit 的隨機存取數(shù)據(jù)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 Atmel 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準的 MCS52 指令系統(tǒng)，片內(nèi)配置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大的 AT89C52單片機可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域 [6]。 AT89S52 的極限參數(shù)： ( 1 ) 工作溫度： 55℃ ~ 125℃ ； ( 2 ) 儲藏溫度： 65℃ ~ +15℃ ； ( 3 ) 任一引腳對地電壓： ~ +； ( 4 ) 最高工作電壓： ； ( 5 ) 直流輸出電流 ： 。 AT89S52 單片機有 40 引腳，其各引腳都有各自的功能，其大致可以分為以下 3類。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計 12 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1 接外部晶體的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入端。當采用外部振蕩器時，該引腳接收振蕩器的信號，既把此信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2 接外部晶體的另一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，此引腳應(yīng)懸浮不連接。 RESET、 ALE/PROG、 /PSEN 和 /EA/VPP RESET 復位輸入端。當振蕩器運行時，在該引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復位。 ALE//PROG 當訪問外部存儲器時， ALE（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器， ALE 端仍以