【文章內(nèi)容簡介】 也隨著改變。短消息已經(jīng)成為手機(jī)用戶最常使用的業(yè)務(wù)之一 [7][8]。除了大量使用的手機(jī)用戶到手機(jī)用戶的點(diǎn)對點(diǎn)短消息通信業(yè)務(wù)之外，從短消息服務(wù)平臺到手機(jī)用戶的短消息增值服務(wù)業(yè)務(wù)也在快速發(fā)展。移動目標(biāo)監(jiān)控中心到移動目標(biāo)定位終端的短消息數(shù)據(jù)傳輸就屬于這種增值業(yè)務(wù)。 短消息服務(wù)簡介 短消息服務(wù)（ Short Message Service，簡稱 SMS）是通過手機(jī)發(fā)送和接收有限長度的文本信息的功能。一條短消息可以包含 160 個英文字母（ 7bit 編碼）或 70 個非拉丁字母（ 16bit 編碼），如中文漢字或者阿拉伯字等 Unicode 編碼。 短消息 SMS 屬于 GSM 第一階段的標(biāo)準(zhǔn)，它按照其實(shí)現(xiàn)方式可以分為點(diǎn)到點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)和小區(qū)廣播短消息業(yè)務(wù)。點(diǎn)到點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)是通過移動業(yè)務(wù)起始（ Mobile Origin， MO）和移動業(yè)務(wù)終止（ Mobile Terminal， MT）將一條短消息從一個實(shí)體發(fā)送到指定地址的業(yè)務(wù)，如移動目標(biāo)的定位信息。而小區(qū)廣播短消息業(yè)務(wù)則是指通過發(fā)送消息的基站向指定區(qū)域中的所有短消息用戶發(fā)送短消息的業(yè)務(wù)，如天氣預(yù)報信息等。 短消息的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計 (論文 ) 7 GSM 標(biāo)準(zhǔn)中定義的點(diǎn)對點(diǎn)短消息服務(wù)使得短消息能在移動臺（ MS）和短消息服務(wù)中心之間傳遞。一個 GSM 用戶發(fā)送短消息時，必須至少在其內(nèi)容中包含最終地址的識別符和處理這條消息的服務(wù)中心號碼，然后請求傳遞。短消息業(yè)務(wù)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 22 所示。 圖 22 SMS 的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 其中，短消息業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的各部分具 體功能如下： 1） SME：短消息實(shí)體（ Short Message Entity），它可以接收或改善短消息，位于固定電話系統(tǒng)、移動基站或其他服務(wù)中心內(nèi)。 2） SMSC：短消息服務(wù)中心（ Short Message Service Center），它實(shí)質(zhì)上是運(yùn)行在服務(wù)器上的一個數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序，其核心進(jìn)程擔(dān)負(fù)著通過 7 號信令與移動交換機(jī)連接并發(fā)送、接收短消息底層編碼的任務(wù)，它收到一條數(shù)據(jù)后將其放入數(shù)據(jù)庫中，同時另一個進(jìn)程試圖把這條數(shù)據(jù)放入發(fā)送隊(duì)列將其發(fā)送出去，如果成功，這條信息將被刪除以釋放數(shù)據(jù)庫空間，但統(tǒng)計信息被保 存。如果不成功，則根據(jù)設(shè)置的時間間隔重發(fā)，直到發(fā)送成功或過了有效期為止。 3） SMS 網(wǎng)關(guān)（ SMCGWMS 或 SMCGMSC： SMSGateway MSC）：接收由SMSC 發(fā)送的短消息，向 HLR 查詢路由信息，并將短消息傳送給接收者所在基站的交換中心。 4） HLR：歸屬位置寄存器（ Home Location Register），用于永久存儲由 SMSC產(chǎn)生的管理用戶和服務(wù)記錄的數(shù)據(jù)庫。 SMS 網(wǎng)關(guān)與 HLR 之間的協(xié)議使前者可以要求 HLR 搜索可找到的用戶地址。它與移動交換中心（ MSC）、 HLR 之間的協(xié)議一起，能在移動臺 因超出覆蓋區(qū)而丟失報文、隨后又找到時，加以提示。 5） MSC：移動交換中心（ Mobile Switching Center），負(fù)責(zé)系統(tǒng)切換管理并控制來自或發(fā)向其他電話或數(shù)據(jù)系統(tǒng)的撥叫。 6） VLR：訪問位置寄存器（ Visitor Location Register），含有用戶臨時信息的數(shù)據(jù)庫。交換中心服務(wù)訪問用戶時需要這些信息。 7） SS7： 7 號信令系統(tǒng)。 GSM 系統(tǒng)中采用的是 CCITT 來完成必要的交換和控制。交換和控制子系統(tǒng)包括 MSC、 HLR 和 VLR。采用的 CCITT 信令系統(tǒng)是由公共信令 網(wǎng)提供的，完成必要的控制功能。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計 (論文 ) 8 短消息（ SMS）的優(yōu)點(diǎn)很明顯，主要有以下幾點(diǎn)： 1）收費(fèi)低廉。對與消費(fèi)者而言，資費(fèi)始終是首要關(guān)心的問題。不管是長途還是市內(nèi)，每發(fā)送一條短信息僅 元，接收免費(fèi)，而在移動目標(biāo)監(jiān)控服務(wù)中，包月短消息費(fèi)用還不足 10 元人民幣； 2）隨時隨地。短消息和電話不一樣，打電話要求接聽方同時在另一端，而短消息用戶可以隨時隨地發(fā)送短消息，不用擔(dān)心對方有沒有開機(jī)，也不用擔(dān)心對方是不是在服務(wù)區(qū)，因?yàn)槎绦畔⑹遣捎么鎯?轉(zhuǎn)發(fā)方式存儲在短消息中心，一旦對方開機(jī)，短消息就會自動發(fā)送； 3）能夠承載多種數(shù)據(jù) 。短消息有 3 種模式：塊模式、 PDU 模式和文本模式。其中支持塊模式的手機(jī)廠商十分少，基本上支持 PDU 模式和文本模式； 4）能夠保障傳輸中的安全。如果用戶使用 STK（ SIM Application Toolkit）卡，那么短消息在發(fā)送之前，可以通過 STK 卡將信息加密后進(jìn)行傳輸。在到達(dá)目的地后由接收者將信息解密，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)到點(diǎn)的信息安全保障。 AT指令集 AT 即 Attention[8][9]， AT 指令集是從終端設(shè)備 (Terminal Equipment， TE)或數(shù)據(jù)終端設(shè)備 (Data Terminal Equipment， DTE)向終端適配器 (Terminal Adapter，TA)或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備 (Data Circuit Terminal Equipment， DCE)發(fā)送的。通過TA， TE 發(fā)送 AT 指令來控制移動臺 (Mobile Station， MS)的功能，與 GSM 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進(jìn)行交互。用戶可以通過 AT 指令進(jìn)行呼叫、短信、電話本、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、傳真等方面的控制。 90 年代初， AT 指令僅被用于 Modem 操作。沒有控制移動電話文本消息的先例，只開發(fā)了一種叫 SMS Block Mode 的協(xié)議，通過終端設(shè)備 (TE)或電腦來完全控制 SMS。幾年后，主要的移動電話生產(chǎn)廠商諾基亞、愛立信、摩托羅拉和 HP 共同為 GSM 研制了一整套 AT 指令，其中就包括對 SMS 的控制。AT 指令在此基礎(chǔ)上演化并被加入 GSM07． 05 標(biāo)準(zhǔn)以及現(xiàn)在的 GSM07． 07 標(biāo)準(zhǔn)，完全標(biāo)準(zhǔn)化和比較健全的標(biāo)準(zhǔn)。如：對 SMS 的控制共有 3 種實(shí)現(xiàn)途徑：最初的Block Mode；基于 AT 指令的 Text Mode；基于 AT 指令的 PDU Mode。到現(xiàn)在PDU Mode 已經(jīng)取代 Block Mode，后者逐漸淡出。 GSM 模塊與計算機(jī)之間的通信協(xié)議是一些 AT 指令集， AT 指令是以 AT 作首，字符結(jié)束的字符串， AT 指令的響應(yīng)數(shù)據(jù)包在中 間 。每個指令執(zhí)行成功與否都有相應(yīng)的返回 ， 其他的一些非預(yù)期的信息 (如有人撥號進(jìn)來、線路無信號等 )，模塊將有對應(yīng)的一些信息提示，接收端可做相應(yīng)的處理。 AT 指令集分為十三類： 1）一般命令 2）呼叫控制命令 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計 (論文 ) 9 3）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)命令 4）安全命令 5）電話本命令 6）短消息命令 7）追加服務(wù)命令 8）數(shù)據(jù)命令 9）傳真命令 10）第二類傳真命令 11） V25V25 命令 12）特殊 AT 命令 13） SIM 卡工具箱命令 本設(shè)計中用到以下幾條 AT 指令： AT（測試）、 ATE（ 是否關(guān)閉回顯）、AT+CMGF（選擇信息格式）、 AT+CMGS（確認(rèn)接收到的手機(jī)號碼）、 AT+CMGL（讀取未讀信息）。當(dāng)然還可以選用其它的指令進(jìn)行信息的收發(fā)。 遠(yuǎn)程溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在現(xiàn)代信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，報警系統(tǒng)已進(jìn)入一個高科技、智能化的時代。 GSM 系統(tǒng)是目前基于時分多址技術(shù)的移動通信體制中比較成熟、完善、應(yīng)用最廣泛的一種系統(tǒng)，主要提供話音、短信息、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)。 短消息是目前利用最廣泛的通信方案之一， 基于 GSM 短消息的業(yè)務(wù)不需要建立撥號連接，只需把待發(fā)的消息加上目的地址發(fā)送至短消息中心，再由 短消息中心轉(zhuǎn)發(fā)到最終目標(biāo) ，具有實(shí)現(xiàn)簡單、通信成本低、頻譜利用率高、保密性好等特點(diǎn)。 基于 GSM短消息功能可以做成傳輸各種檢測、監(jiān)控數(shù)據(jù)信號和控制命令的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，能廣泛用于遠(yuǎn)程監(jiān)控、定位導(dǎo)航、個人通信終端等。由于公眾 GSM 網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，建立上述系統(tǒng)不需要再組建專用通信網(wǎng)絡(luò)，所以具有實(shí)時傳輸數(shù)據(jù)功能的短消息應(yīng)用將得到迅速普及。 作為一個遠(yuǎn)程溫度的監(jiān)測和控制裝置，應(yīng)該可以在任何時刻對現(xiàn)場溫度信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，能夠準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)控。但實(shí)際的溫度信號并不適合微電子電路系統(tǒng)直接對其進(jìn)行信號分析 和處理，所以首先需要將其變換成適合信號處理系統(tǒng)分析的電信號，這就需要傳感器電路，然后將變換后的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送給以后的信號處理分析模塊。本設(shè)計中對溫度信號的采樣點(diǎn)數(shù)并沒有太嚴(yán)格的要求，故采用簡單的定時采樣即可，如果需要對溫度信號的頻率進(jìn)行跟蹤，可以使用硬件鎖相環(huán)來產(chǎn)生精準(zhǔn)的采樣脈沖。為了滿足實(shí)時和精確的信號處理和分析，加上現(xiàn)在 DSP 芯片在信號處理領(lǐng)域內(nèi)的明顯優(yōu)勢，和最近時期它性能的增加成本的下降，使用 DSP 芯片具有較好的性價比。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計 (論文 ) 10 短消息服務(wù)是 GSM 移動通信系統(tǒng)的補(bǔ)充業(yè)務(wù)之一，它具有主動發(fā)送功能，并 且傳送的字符內(nèi)容支持 Unicode 字符全集。短消息具有收費(fèi)低廉、隨時隨地發(fā)送、不占用話務(wù)信道、用戶量大、信息量短等優(yōu)點(diǎn)，正好適合本系統(tǒng)中發(fā)送數(shù)據(jù)量少的特點(diǎn)。 系統(tǒng)設(shè)計中需要考慮的技術(shù)要求有： 1：本系統(tǒng)采集的對象是溫度參數(shù)，就應(yīng)該有相應(yīng)的硬件信號處理部分； 2：本系統(tǒng)設(shè)計用于解決有線傳輸?shù)膯栴}，所以選擇 GSM 無線傳輸模塊； 3：本系統(tǒng)要求對溫度信號實(shí)時監(jiān)控，并且發(fā)送報警信息，故要選用高速的A/D 和 DSP 芯片。 根據(jù)以上的討論，本論文所設(shè)計的無線溫控單元電路的總體結(jié)構(gòu)如圖 23： 圖 23 系統(tǒng)框圖 在本 系統(tǒng)中，利用 DSP 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和運(yùn)算， SRAM作為 DSP 外圍的程序空間和數(shù)據(jù)存儲空間， FLASH 存儲 DSP 程序代碼。在實(shí)際的工作環(huán)境中，可以通過 DSP 的 JTAG 仿真口運(yùn)行燒寫程序，向 FLASH 燒寫進(jìn)啟動代碼，由 DSP 自動加載 FLASH 中的程序代碼，完成自啟動。 CPLD 則為整個系統(tǒng)提供邏輯功能。 整個系統(tǒng)的設(shè)計思路如下：使用 WK 模塊上的模擬溫箱進(jìn)行控制現(xiàn)場的溫度， WK 模塊上的熱敏電阻作為傳感器，將溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號后送入 A/D中， A/D 實(shí)現(xiàn)實(shí)時采樣，轉(zhuǎn)換為適合于 DSP 處理的數(shù)字信號， DSP 將該電壓值換算為實(shí)際溫度值后定時顯示在 LCD 上； GSM 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制命令的接收和反饋溫度值的發(fā)送， DSP 根據(jù)收到的控制命令執(zhí)行相應(yīng)的操作，包括反饋當(dāng)前的溫度值，升高、降低現(xiàn)場溫度等。由于時間所限，本論文僅僅編寫了測試程序來驗(yàn)證硬件電路設(shè)計的正確性和合理性。 本文提出一種基于 GSM 短消息的新型遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用了GSM 無線移動通信網(wǎng)絡(luò)平臺，可以實(shí)時、自動、方便、 可靠地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場溫度的遠(yuǎn)程通信報警和監(jiān)控，同時也適合于其他遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和無人值守的場合。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計 (論文 ) 11 3． 遠(yuǎn)程溫控的硬件平臺 DSP結(jié)構(gòu)及硬件電路 DSP 結(jié)構(gòu)及原理 數(shù)字信號處理器（ Digital Signal Processor）是一種特別適用于實(shí)時數(shù)字信號處理的微處理器。其主要應(yīng)用是實(shí)時、快速地實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理算法。實(shí)時處理是指必須在規(guī)定的時間內(nèi)完成對外部輸入信號的處理運(yùn)算。為了快速、實(shí)時完成數(shù)字信號處理， DSP 芯片一般具有下述一些特點(diǎn) [10]： 1） 接口方便： DSP 系統(tǒng)與其他以現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)為基 礎(chǔ)的系統(tǒng)或設(shè)備都是相互兼容的，與這樣的系統(tǒng)接口以實(shí)現(xiàn)某種功能要比模擬系統(tǒng)與這些系統(tǒng)接口要容易得多； 2） 編程方便： DSP 系統(tǒng)中的可編程 DSP 芯片可使設(shè)計人員在開發(fā)過程中靈活方便地對軟件進(jìn)行修改和升級； 3） 穩(wěn)定性好： DSP 系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎(chǔ)，因此具有數(shù)字處理的全部優(yōu)點(diǎn)，受環(huán)境溫度以及噪聲的影響較小，可靠性高； 4） 精度高：早期 DSP 字長為 8 位，后來逐步提高到 16 位， 24 位、 32 位，為防止運(yùn)算過程中數(shù)據(jù)溢出，有的累加器長度達(dá)到 40 位。 16 位數(shù)字系統(tǒng)可以達(dá)到 105的精度； 5） 可重復(fù)性好：模擬系統(tǒng)的性能受元 器件參數(shù)性能變化比較大，而數(shù)字系統(tǒng)基本不受此影響，因此數(shù)字系統(tǒng)便于測試、調(diào)試和大規(guī)模生產(chǎn)； 6） 集成方便 ： DSP 系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集成； 7） 硬件配置強(qiáng)：新一代的 DSP 接口功能愈來愈強(qiáng)，片內(nèi)具有串口、主機(jī)接口 （ HPI）， DMA 控制器、鎖相環(huán)時鐘電路產(chǎn)生器等，更易于完成系統(tǒng)設(shè)計； 8） 特殊的 DSP 指令：在 DSP 指令系統(tǒng)中，設(shè)計了一些的特殊指令。如TMS320C54x 中的 FIRS 和 LMS 指令，專門用于系數(shù)對稱的 FIR 濾波器和 LMS算法。 當(dāng)然，數(shù)字信號處理也存在一定的缺點(diǎn)。例如，對于簡單 的信號處理任務(wù)，如與模擬交換線的電話接口，若采用 DSP 則會使成本增加。 DSP 系統(tǒng)中的高速時鐘可能帶來高頻干擾和電磁泄漏等問題，而且 DSP 系統(tǒng)消耗的功率也較大。此外， DSP 技術(shù)更新的速度快，數(shù)學(xué)知識要求多，開發(fā)和調(diào)試工具還不盡完善。 雖然 DSP 系統(tǒng)存在著一些缺點(diǎn)，但其突出的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)使之在通信、語音、圖像、雷達(dá)、生物醫(yī)學(xué)、 工業(yè) 控制、儀器儀表等許多領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。 可編程 DSP 芯片是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器，為了達(dá)到快速數(shù)字信號處理的目的，一般都具有 [10]程序和數(shù)據(jù)分開的