【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 也隨著改變。短消息已經(jīng)成為手機(jī)用戶(hù)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(hù)到手機(jī)用戶(hù)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短消息通信業(yè)務(wù)之外，從短消息服務(wù)平臺(tái)到手機(jī)用戶(hù)的短消息增值服務(wù)業(yè)務(wù)也在快速發(fā)展。移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)控中心到移動(dòng)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(jiǎn)介 短消息服務(wù)（ Short Message Service，簡(jiǎn)稱(chēng) SMS）是通過(guò)手機(jī)發(fā)送和接收有限長(zhǎng)度的文本信息的功能。一條短消息可以包含 160 個(gè)英文字母（ 7bit 編碼）或 70 個(gè)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(guò)移動(dòng)業(yè)務(wù)起始（ Mobile Origin， MO）和移動(dòng)業(yè)務(wù)終止（ Mobile Terminal， MT）將一條短消息從一個(gè)實(shí)體發(fā)送到指定地址的業(yè)務(wù)，如移動(dòng)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(guò)發(fā)送消息的基站向指定區(qū)域中的所有短消息用戶(hù)發(fā)送短消息的業(yè)務(wù)，如天氣預(yù)報(bào)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(jì) (論文 ) 7 GSM 標(biāo)準(zhǔn)中定義的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短消息服務(wù)使得短消息能在移動(dòng)臺(tái)（ MS）和短消息服務(wù)中心之間傳遞。一個(gè) GSM 用戶(hù)發(fā)送短消息時(shí)，必須至少在其內(nèi)容中包含最終地址的識(shí)別符和處理這條消息的服務(wù)中心號(hào)碼，然后請(qǐng)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(huà)系統(tǒng)、移動(dòng)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(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序，其核心進(jìn)程擔(dān)負(fù)著通過(guò) 7 號(hào)信令與移動(dòng)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(kù)中，同時(shí)另一個(gè)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(kù)空間，但統(tǒng)計(jì)信息被保 存。如果不成功，則根據(jù)設(shè)置的時(shí)間間隔重發(fā)，直到發(fā)送成功或過(guò)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(xún)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(chǔ)由 SMSC產(chǎn)生的管理用戶(hù)和服務(wù)記錄的數(shù)據(jù)庫(kù)。 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(hù)地址。它與移動(dòng)交換中心（ MSC）、 HLR 之間的協(xié)議一起，能在移動(dòng)臺(tái) 因超出覆蓋區(qū)而丟失報(bào)文、隨后又找到時(shí)，加以提示。 5） MSC：移動(dòng)交換中心（ Mobile Switching Center），負(fù)責(zé)系統(tǒng)切換管理并控制來(lái)自或發(fā)向其他電話(huà)或數(shù)據(jù)系統(tǒng)的撥叫。 6） VLR：訪問(wèn)位置寄存器（ Visitor Location Register），含有用戶(hù)臨時(shí)信息的數(shù)據(jù)庫(kù)。交換中心服務(wù)訪問(wèn)用戶(hù)時(shí)需要這些信息。 7） SS7： 7 號(hào)信令系統(tǒng)。 GSM 系統(tǒng)中采用的是 CCITT 來(lái)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(jì) (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(duì)與消費(fèi)者而言，資費(fèi)始終是首要關(guān)心的問(wèn)題。不管是長(zhǎng)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(dòng)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(shí)隨地。短消息和電話(huà)不一樣，打電話(huà)要求接聽(tīng)方同時(shí)在另一端，而短消息用戶(hù)可以隨時(shí)隨地發(fā)送短消息，不用擔(dān)心對(duì)方有沒(méi)有開(kāi)機(jī)，也不用擔(dān)心對(duì)方是不是在服務(wù)區(qū)，因?yàn)槎绦畔⑹遣捎么鎯?chǔ) 轉(zhuǎn)發(fā)方式存儲(chǔ)在短消息中心，一旦對(duì)方開(kāi)機(jī)，短消息就會(huì)自動(dòng)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(hù)使用 STK（ SIM Application Toolkit）卡，那么短消息在發(fā)送之前，可以通過(guò) 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(guò)TA， TE 發(fā)送 AT 指令來(lái)控制移動(dòng)臺(tái) (Mobile Station， MS)的功能，與 GSM 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進(jìn)行交互。用戶(hù)可以通過(guò) AT 指令進(jìn)行呼叫、短信、電話(huà)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(méi)有控制移動(dòng)電話(huà)文本消息的先例，只開(kāi)發(fā)了一種叫 SMS Block Mode 的協(xié)議，通過(guò)終端設(shè)備 (TE)或電腦來(lái)完全控制 SMS。幾年后，主要的移動(dòng)電話(huà)生產(chǎn)廠商諾基亞、愛(ài)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(duì) 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(duì) 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(jì)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(gè)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(hào)進(jìn)來(lái)、線路無(wú)信號(hào)等 )，模塊將有對(duì)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(lèi)： 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(jì) (論文 ) 9 3）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)命令 4）安全命令 5）電話(huà)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(lèi)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(jì)中用到以下幾條 AT 指令： AT（測(cè)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(hào)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(bào)警系統(tǒng)已進(jìn)入一個(gè)高科技、智能化的時(shí)代。 GSM 系統(tǒng)是目前基于時(shí)分多址技術(shù)的移動(dòng)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(huà)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(hào)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(jiǎn)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(cè)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信號(hào)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(gè)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(zhuān)用通信網(wǎng)絡(luò)，所以具有實(shí)時(shí)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(gè)遠(yuǎn)程溫度的監(jiān)測(cè)和控制裝置，應(yīng)該可以在任何時(shí)刻對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度信號(hào)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(hào)并不適合微電子電路系統(tǒng)直接對(duì)其進(jìn)行信號(hào)分析 和處理，所以首先需要將其變換成適合信號(hào)處理系統(tǒng)分析的電信號(hào)，這就需要傳感器電路，然后將變換后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送給以后的信號(hào)處理分析模塊。本設(shè)計(jì)中對(duì)溫度信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)并沒(méi)有太嚴(yán)格的要求，故采用簡(jiǎn)單的定時(shí)采樣即可，如果需要對(duì)溫度信號(hào)的頻率進(jìn)行跟蹤，可以使用硬件鎖相環(huán)來(lái)產(chǎn)生精準(zhǔn)的采樣脈沖。為了滿(mǎn)足實(shí)時(shí)和精確的信號(hào)處理和分析，加上現(xiàn)在 DSP 芯片在信號(hào)處理領(lǐng)域內(nèi)的明顯優(yōu)勢(shì)，和最近時(shí)期它性能的增加成本的下降，使用 DSP 芯片具有較好的性?xún)r(jià)比。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) (論文 ) 10 短消息服務(wù)是 GSM 移動(dòng)通信系統(tǒng)的補(bǔ)充業(yè)務(wù)之一，它具有主動(dòng)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(shí)隨地發(fā)送、不占用話(huà)務(wù)信道、用戶(hù)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(jì)中需要考慮的技術(shù)要求有： 1：本系統(tǒng)采集的對(duì)象是溫度參數(shù)，就應(yīng)該有相應(yīng)的硬件信號(hào)處理部分； 2：本系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于解決有線傳輸?shù)膯?wèn)題，所以選擇 GSM 無(wú)線傳輸模塊； 3：本系統(tǒng)要求對(duì)溫度信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且發(fā)送報(bào)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(jì)的無(wú)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(chǔ)空間， FLASH 存儲(chǔ) DSP 程序代碼。在實(shí)際的工作環(huán)境中，可以通過(guò) DSP 的 JTAG 仿真口運(yùn)行燒寫(xiě)程序，向 FLASH 燒寫(xiě)進(jìn)啟動(dòng)代碼，由 DSP 自動(dòng)加載 FLASH 中的程序代碼，完成自啟動(dòng)。 CPLD 則為整個(gè)系統(tǒng)提供邏輯功能。 整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路如下：使用 WK 模塊上的模擬溫箱進(jìn)行控制現(xiàn)場(chǎng)的溫度， WK 模塊上的熱敏電阻作為傳感器，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后送入 A/D中， A/D 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采樣，轉(zhuǎn)換為適合于 DSP 處理的數(shù)字信號(hào)， DSP 將該電壓值換算為實(shí)際溫度值后定時(shí)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(chǎng)溫度等。由于時(shí)間所限，本論文僅僅編寫(xiě)了測(cè)試程序來(lái)驗(yàn)證硬件電路設(shè)計(jì)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(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，可以實(shí)時(shí)、自動(dòng)、方便、 可靠地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)溫度的遠(yuǎn)程通信報(bào)警和監(jiān)控，同時(shí)也適合于其他遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和無(wú)人值守的場(chǎng)合。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì) (論文 ) 11 3． 遠(yuǎn)程溫控的硬件平臺(tái) DSP結(jié)構(gòu)及硬件電路 DSP 結(jié)構(gòu)及原理 數(shù)字信號(hào)處理器（ Digital Signal Processor）是一種特別適用于實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理的微處理器。其主要應(yīng)用是實(shí)時(shí)、快速地實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理算法。實(shí)時(shí)處理是指必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)外部輸入信號(hào)的處理運(yùn)算。為了快速、實(shí)時(shí)完成數(shù)字信號(hào)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(jì)人員在開(kāi)發(fā)過(guò)程中靈活方便地對(duì)軟件進(jìn)行修改和升級(jí)； 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?jī)?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(zhǎng)為 8 位，后來(lái)逐步提高到 16 位， 24 位、 32 位，為防止運(yùn)算過(guò)程中數(shù)據(jù)溢出，有的累加器長(zhǎng)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(cè)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(lái)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(shí)鐘電路產(chǎn)生器等，更易于完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 8） 特殊的 DSP 指令：在 DSP 指令系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了一些的特殊指令。如TMS320C54x 中的 FIRS 和 LMS 指令，專(zhuān)門(mén)用于系數(shù)對(duì)稱(chēng)的 FIR 濾波器和 LMS算法。 當(dāng)然，數(shù)字信號(hào)處理也存在一定的缺點(diǎn)。例如，對(duì)于簡(jiǎn)單 的信號(hào)處理任務(wù)，如與模擬交換線的電話(huà)接口，若采用 DSP 則會(huì)使成本增加。 DSP 系統(tǒng)中的高速時(shí)鐘可能帶來(lái)高頻干擾和電磁泄漏等問(wèn)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(shí)要求多，開(kāi)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(yǔ)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(lái)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(hào)處理的目的，一般都具有 [10]程序和數(shù)據(jù)分開(kāi)的