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單片機控制GSM模塊實現(xiàn)短信收發(fā)的軟件設(shè)計
摘要：借助系統(tǒng)模型，闡明GSM模塊收發(fā)短信的基本概念以及串口控制SMS的基本原理。詳細介紹單片機控制GSM模塊工作的軟件實現(xiàn)過程，對怎樣用單片機控制GSM模塊收發(fā)短信進行探討，也對程序設(shè)計的主體思想作了較為細致的分析。GSM（Global System for Mobile communication）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，且應(yīng)用最廣泛的一種系統(tǒng)。目前已建成的覆蓋全國的GSM數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)，是我國公眾移動通信網(wǎng)的主要方式�；贕SM的短信信息服務(wù)，是一種在移動網(wǎng)絡(luò)上傳送簡短信息的無線應(yīng)用，是一種信息在移動網(wǎng)絡(luò)上存儲和轉(zhuǎn)寄的過程。由于公眾GSM網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，建議上述系統(tǒng)不需再組建專用通信網(wǎng)絡(luò)，所以具有實時傳輸數(shù)據(jù)功能的短信應(yīng)用將得到迅速普及。筆者開發(fā)設(shè)計的基于GSM網(wǎng)絡(luò)的溫度數(shù)據(jù)采集與無線傳輸系統(tǒng)正是借助該網(wǎng)絡(luò)平臺，利用短信息業(yè)務(wù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動雙向傳遞。系統(tǒng)模型圖如圖1所示。
本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)接收和發(fā)送部分、終端處理部分三個模塊組成。數(shù)據(jù)采集模塊將采集到的溫度數(shù)據(jù)存入存儲器中。數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用雙單片機共用E2RPOM的方式，單片機2控制數(shù)據(jù)從存儲器轉(zhuǎn)存入E2PROM中；單片機1負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從E2PROM中讀出，并經(jīng)GSM模塊2借助GSM網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。單片機1不僅控制數(shù)據(jù)的發(fā)送，也控制數(shù)據(jù)的接收。在這里，E2PROM是溫度數(shù)據(jù)臨時存儲和上傳的中轉(zhuǎn)站。終端處理模塊負(fù)責(zé)將接收到的數(shù)據(jù)交給計算機處理，并將處理后的結(jié)果存放到數(shù)據(jù)庫中，以供查詢。當(dāng)終端處理模塊需要向GSM模塊2發(fā)送控制命令時，GSM模塊2接收過程正好與上述過程相反，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動雙向傳遞。
系統(tǒng)中，三個模塊相互獨立，彼此又相互依賴，共同完成數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)收發(fā)模塊在系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，是系統(tǒng)的核心模塊。該模塊以雙單片機為核心，以RS232通信接口，在物理層上實現(xiàn)與GSM模塊的連接。由于篇幅的限制，本文主要介紹單片機控制這一模塊工作的軟件實現(xiàn)過程，旨在對怎樣用單片機控制GSM模塊收發(fā)短信息進行探討。
1 GSM模塊MZ28
MZ28是中興通訊推出的GSM無線雙頻調(diào)制解調(diào)器，主要為語音傳輸、短信發(fā)送和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無線接口。MZ28集成了完整的射頻電路和GSM的基帶處理器，特別適合于迅速開發(fā)基于GSM無線網(wǎng)絡(luò)的無線應(yīng)用產(chǎn)品。帶有人機接口（MMI）界面的應(yīng)用產(chǎn)品內(nèi)部與MZ28的通信可通過標(biāo)準(zhǔn)的串行接口（RS232）進行。MZ28使用簡單的20-PIN ZIP插座與用戶自己的應(yīng)用系統(tǒng)相連，此ZIP連接方式提供開發(fā)所需的數(shù)據(jù)通信、音頻和電源等接口信號。MZ28可以作為無線引擎，嵌入到用戶自己的產(chǎn)品當(dāng)中，用戶可以用單片機或其它CPU的UART口，使用相應(yīng)的AT命令，對模塊進行控制，達到使其產(chǎn)品可以輕松進入GSM網(wǎng)絡(luò)的目的。
2 串口控制SMS的工作原理
單片機與GSM模塊一般采用串行異步通信接口，通信速度可設(shè)定，通常為19200bps。采用這種RSM232電纜方式進行連接時，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃暂^好。RS232接口方式連接，通過串行接口集成電路和電平轉(zhuǎn)換電路與GSM模塊連接，電路比較簡單，所涉及的芯片包括單片機89C52和電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232，是非常常見的接口電路。需要說明的是，該接口通過I2C總線擴展了一個E2PROM存儲器芯片AT24C64，它的主要作用是存儲數(shù)據(jù)，而且斷電信息也不會丟失，這些特性正是存儲數(shù)據(jù)所必須的。
GSM的短信息業(yè)務(wù)SMS利用信令信道傳輸，這是GSM通信網(wǎng)所特有的。它不用撥號建立連接，把要發(fā)的信息加上目的數(shù)據(jù)發(fā)送到短信息服務(wù)中心，經(jīng)短信服務(wù)中心完成存儲后再發(fā)送給最終的信宿。所以當(dāng)目的GSM終端沒開機時信息不會丟失。每個短信的信息量限制為160字節(jié)。
現(xiàn)在市場上大多數(shù)手機均支持GSM07.05規(guī)定的AT指令集。該指令集是ETSI（歐洲通信技術(shù)委員會）發(fā)布的，其中包含了對SMS的控制。利用GSM手機的串行接口，單片機向手機收發(fā)一系列的AT命令，就能達到控制GSM模塊收發(fā)SMS的目的。必須注意的是，用單片機實現(xiàn)時，編程必須注意它發(fā)送指令與接收到的響應(yīng)都是字符的ASCII碼。用單片機控制GSM模塊收發(fā)短信息所涉及以的AT指令如表1所列。
表1 AT指令
功 能 描 述
AT OFF關(guān)機并重新啟動AT CSDH=0在TEXT模式下在返回值中不顯示詳細的頭信息ATE0關(guān)閉回顯AT CMGF=1選擇短信格式為TEXT模式AT CMGS發(fā)送短信息AT CMGR讀取短信息AT CMGD=0刪除全部短信息3 軟件實現(xiàn)
3.1 上位機模塊和下位機模塊半雙工通信協(xié)議的實現(xiàn)
3．1．1 應(yīng)答和重發(fā)
上位機模塊和下位模塊的通信雙方遵照半雙工通信方式進行，即數(shù)據(jù)傳送是雙向的。但是，任何時刻只能由其中的一方發(fā)送數(shù)據(jù)，另一方接收數(shù)據(jù)，因為E2PROM的讀出和寫入不能同時進行。為了避免一方在發(fā)送信息幀時（這里的信息幀指的是下位機模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)幀和上位機模塊發(fā)送的命令幀，下同），另一方也會發(fā)送數(shù)據(jù)，必須把信道變成半雙工方式。盡管這樣效率可能不如全雙工方式，但通過此舉犧牲效率可以換取模塊工作性能的穩(wěn)定。雙方采取的順序是：發(fā)→收到應(yīng)答后→再發(fā)。
按照整個系統(tǒng)的設(shè)計思路，上位機模塊（即圖1中的GSM模塊1，下同）發(fā)送的幀包括命令幀、確認(rèn)幀和非確認(rèn)幀；下位機模塊（即圖1中的GSM模塊2，下同）發(fā)送的幀包括數(shù)據(jù)幀、確認(rèn)幀和非確認(rèn)幀。其中確認(rèn)幀和非確認(rèn)幀是發(fā)送數(shù)據(jù)后等待對方發(fā)送的應(yīng)答幀，以此作為繼續(xù)發(fā)送下一幀和重新發(fā)送上一幀的依據(jù)。命令幀和數(shù)據(jù)幀是信息幀，當(dāng)一方先發(fā)送完信息幀，如果收方接收到對方的信息幀，而又沒有信息幀需要發(fā)送，那么情況就比較簡單，收方將根據(jù)信息幀的正確與否決定發(fā)送確認(rèn)幀還是非確認(rèn)幀，以使對方?jīng)Q定是繼續(xù)發(fā)送還是重新發(fā)送；如果此刻收方也有信息幀需要發(fā)送，那么收方將不立即發(fā)送應(yīng)答幀，而是立即
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