基于GSM短信模塊的通信機房市電油機監測系統第2頁基于GSM短信模塊的通信機房市電油機監測系統目錄一、設計背景…………………4二、設計原理…………………42.1結構圖………42.1.1GSM短信收發檢測模塊……42.1.2數據采樣模塊……………52.1.3時序圖……………………52.2理論分析……………………5三、硬件電路簡介…………63.1單片機原理及電路…………63.2串口通信原理及電路…………63.3SIM300電路…………………7四、GSM的SMS遠程數據傳送……………8五、短信的發送與接收……85.1基本概念……………………85.2SMS組成要素……………95.2短消息的發送格式………9六、PDU數據格式及AT命令……………96.1PDU簡介…………………96.2接收／放送／短信中心號碼編碼…………106.3短信內容編碼……………106.4有效時間算法……………106.5短信AT命令介紹…………10七、軟件設計……………127.1流程圖…………………127.2軟件說明……………12八、總結…………………13一、設計背景目前手機短信息的應用越來越廣泛，它已經不僅僅作為交流信息的工具，漸漸的開始用在工程上，如家電的遠程控制、家庭防盜報警系統、電壓的遠程采集等。在通信機房中，電源是最基本的保證。市電停電后，油機又沒有發電，則與其相關的通信設備無法工作，造成癱瘓和巨大的經濟損失。如何在沒有人的情況下，實時的檢測市電和油機的電壓信號也成為本次設計的核心。主要思路是將采集到的電壓信號，通過GSM短信模塊SIM300發送到管理者手機上，以便實時了解市電與油機的工作情況，實現無人檢測。本文介紹了基于GSM短信模塊SIM300的硬件電路和數據采集系統的硬件電路部份及軟件編程部份，以及手機短消息的AT命令。借助系統模型，闡明GSM模塊收發短信的基本概念以及串口控制SMS的基本原理。介紹了單片機通過數據采樣控制GSM模塊工作的軟件實現過程。二、設計原理2.1結構圖GSM網絡2.1．1ＧＳＭ短信收發檢測模塊GSM網絡數據采集數據采集管理者手機單片機ＳＩＭ３００模塊管理者手機單片機ＳＩＭ３００模塊控制輸出控制輸出復位信號：A市電正常復位信號：A市電正常4小時1次B市電停電1分鐘1次電源ＳＩＭ卡ＳＩＭ卡電源電源ＳＩＭ卡ＳＩＭ卡電源2.1.端口1：:市電電壓端口1：:市電電壓有電：輸出1停電：輸出0端口2：油機電壓發電：輸出0停機：輸出1降壓（用手機充電器即可）短信內容：1市電正常，油機停機2市電正常，油機啟動3市電停電，油機啟動4市電停電，油機停機檢測端口：1端口1:1，端口2:12端口1:1，端口2:03端口1:0，端口2:04端口1:0，端口2:1采樣發送相應短信SIM300模塊管理者手機2.1.３2.2理論分析市電正常的情況下，通過采樣模塊，單片機采集到端口1為高電平信號。反之，采集到低電平信號。而油機不工作時，通過采樣模塊單片機采集到端口2為高電平信號。反之，油機工作時，采集到低電平信號。單片機通過檢測兩個端口，對市電、油機的不同信號的組合，進行分析。最后控制ＧＳＭ短信模塊，發送相應的短信內容。市電正常的情況下，單片機大約每隔４小時對信號采集一次（即復位信號大約每隔４小時一次）。而市電停電時，單片機大約每隔一分鐘對信號采集一次。然后根據各自的情況發送相應的短信，以便管理者能實時監測到市電和油機的工作情況。三、硬件電路簡介3.1單片機原理及電路STC12C5A60S2作為普通51單片機已與廣泛應用于各種產品中，其接口簡單，方便使用，且功能強大，因此本遠程數據采集系統系統采用STC公司高密度非易失性存儲器技術制造的STC12C5A60S2單片機作為主控制芯片。STC12C5A3.2串口通信原理及電路串行端口的本質功能是作為CPU和串行設備間的編碼轉換器。當數據從CPU經過串行端口發送出去時，字節數據轉換為串行的位。在接收數據時，串行的位被轉換為字節數據。在Windows環境(WindowsNT.Win98.Windows2000)下，串口是系統資源的一部分。單片機與GSM模塊一般采用串行異步通信接口，通信速度可設定，通常為19200bps。采用這種RS232電纜方式進行連接時，數據傳輸的可靠性較好。RS232接口方式連接，通過串行接口集成電路和電平轉換電路與GSM模塊連接，電路比較簡單，所涉及的芯片包括單片機STC12C5A60S23.3SIM300電路GSM手機電路由無線收發信機、基帶信號處理電路、基帶控制電路、存儲電路、鍵盤、顯示器、外部接口等部分組成。射頻單元。射頻單元的發信通路將基帶單元產生的270.833kbit/s的TDMA幀數據流信號接GMSK調制方法形成I、Q信號，再調制到900MHz或1800MHz射頻信號，經射頻開關，由天線發射出去，收信通路將天線接收的信號經低噪聲放大、解調，產生基帶I、Q信號，通過解調和均衡將模擬的I、Q信號進行數字化，恢復出數字基帶信號，送基帶電路處理。射頻單元的本振信號通常從時基電路獲得基準頻率，然后采用鎖相環技術實現頻率合成。四、GSM的SMS遠程數據傳送SMS（ShortMessageService）短信息服務是GSM（GlobalSystemforMobileCommunication）系統中提供的一種GSM終端（手機）之間，通過服務中心(ServiceCenter)進行文本信息收發的應用服務，其中服務中心完成信息的存儲和轉發功能。短信息服務作為GSM網絡的一種基本業務，已得到越來越多的系統運營商和系統開發商的重視，基于這種業務的各種應用也蓬勃發展起來。以GSM網絡作為數據無線傳輸網絡，可以開發出多種前景極其樂觀的各類應用，如無線數據的雙向傳送、無線遠程檢測和控制等。典型的應用有：變電站、電表、水塔、水庫或環保監測點等監測數據的無線傳輸和無線自動警報；遠程無線控制高壓線路斷電器、加熱系統、防洪攔阻系統或其它機電系統的啟動和關閉。由于GSM網絡在全國范圍內實現了聯網和漫游，具有網絡能力強的特點，用戶無需另外組網，在極大提高網絡覆蓋范圍的同時為客戶節省了昂貴建網費用和維護費用。同時，它對用戶的數量也沒有限制，克服了傳統的專網通信系統投資成本大，維護費用高，且網絡監控的覆蓋范圍和用戶數量有限的缺陷。比起傳統的集群系統在無線網絡覆蓋上具有無法比擬的優勢，加上GSM的SMS本身具備的數據傳送功能，都使得這些應用得到迅速的普及。利用GSM短信息系統進行無線通信還具有雙向數據傳輸功能，性能穩定，為遠程數據傳送和監控設備的通信提供了一個強大的支持平臺。本文的遠程數據采集系統就是根據GSM的SMS遠程數據傳送功能完成其遠程控制的。五、短信的發送與接收5．1基本概念GSM中唯一不要求建立端-端業務路徑的業務就是短消息，即使移動臺已處于完全電路通信情況下仍可進行短消息傳輸。GSM標準中定義的點-點短消息服務使得短消息能在移動臺和短消息服務中心之間傳遞。一個GSM用戶發送短消息時，他必須至少在其內容中包含最終地址的識別符，和處理這消息的服務中心號碼，然后請求傳遞。目的地為GSM用戶的短消息必須首先先從發送方路由至短消息服務中心，然后再被路由至實際地址。5．2SMS組成要素SMS由幾個與提交或接收相關的服務要素組成，如：有效期（在將短消息成功送達用戶前SMSC需要保證的儲存時間），優先性。此外，短消息還提供提交消息的時間、告訴移動臺是否還有更多消息要發送，以及還有多少條消息要發送等。5．3短消息的發送格式有兩種方式來發送和接收SMS信息：使用文本模式或者使用PDU(protocoldescriptionunit)模式。文本模式（可能某些手機不支持）實際上也是一種PDU編碼的一種表現形式。在顯示SMS信息，可能使用不同的字符集和不同的編碼方式。最常見的選擇是"PCCP437","PCDN","8859-1","IRA"和"GSM".這些都通過讀取應用程序的at-command中的AT+CSCS指定。如果你想閱讀手機上的信息，手機會為你選擇一種合適的編碼。那么一個可以閱讀SMS消息的應用要么使用test模式，要么是PDU模式。如果使用text模式，那么應用將綁定（或限制在）一些可能的編碼選擇中。在某些情況下是不夠的，如果使用PDU模式，那么就可以使用任何編碼方式。六、PDU數據格式及AT命令6.1PDU簡介PDU相當于一個數據包，它由構成消息（SMS）的信息組成。作為一種數據單元，它必須包含源/目的地址、保護（有效）時間、數據格式、協議類型和正文，正文長度可達140字節，它們都以十六進制表示。PDU結構根據短消息由移動終端發起或以移動終端為目的而不同。當由移動終端發起時，PDU的格式為：SMSCPDU類型MRDAPIDDCSVPUDLUD（0～140octed）當以移動終端為目的時，PDU的格式為：SMSCPDU類型OAPIDDCSSCTSUDLUD（0～140octed）其中，SMSC為短消息業務中心地址，DA/OA為源/目的地址，PID為協議識別，DCS為數據編碼，UDL為用戶數據長度，UD為用戶數據，VP為有效時間，MR指明是發出信息，SCTS指明短消息到達業務中心的時間。6.2接收／放送／短信中心號碼編碼如號碼位數是奇數位，末尾加“Ｆ”，并將只需將奇偶位對調即可。6.3短信內容編碼A、7Bit編碼：首先將字符轉換為7位的二進制，然后，將后面字符的位調用到前面，補齊前面的差別。B、UCS2編碼：將每個字符(1-2個字節)按照ISO/IEC10646的規定，轉變為16位的Unicode寬字符(如“你”的UCS2編碼就是“4F60597D0021”)C、8-bit編碼：其實沒有規定什么具體的算法，主要是用于發送數據消息。6.4有效時間算法VP值短消息有效時間長度0～143（VP+1）×5分鐘144～16712時+（VP-143）×30分168～1961天×（VP-166）197～2551周×（VP-192）6.5短信AT命令介紹A.AT+COPS查詢服務狀態測試命令AT+COPS?響應OK注釋：查詢當前服務狀態B.AT+CMGF選擇短消息格式測試命令AT+CMGF=？響應+CMGF：（0-1）OK注釋：PDU或TEXT模式讀命令AT+CMGF？響應+CMGF：1OK注釋：TEXT模式寫命令AT+CMGF=<index>響應OK參數:<index>=0:PDU模式；<index>=1:TEXT模式例子AT+CMGF=0響應OKC.AT+CMGR讀短信息AT+CMTI：“SM”，1注釋：首先有命令AT+CNMI=2，1，0，0，0收到新短消息。AT+CMGR=2注釋：讀取錯誤的信息+CMSERROR：321AT+CMGR=1注釋：在PDU模式下。+CMGR：2，，<length><CR><LF><pdu>OKD.AT+CMGS發送短信息寫命令AT+CMGS=<length><CR><pdu><ctrl-Z>注釋1A：ASCII碼CTRL^Z：報文結束標志。<length>：不包括最初9個短信息元字節。注釋：<CR>Chr$(34)<ctrl-Z>chr$(26)響應+CMGS：<mr>OK注釋：成功發送。七、軟件設計復位7.1流程圖復位初始化檢測端口1，端口2電壓值初始化檢測端口1，端口2電壓值根據端口數據根據端口數據發送短信進入掉電模式進入掉電模式 7.2軟件說明STC12C5A60S2的程序設計采用C語言編程，容易理解。開機上電后，程序在主函數中運行，單片機和GSM模塊分別進行初始化。單片機的初始化包括設置串口工作方式、波特率，并初始化變量參數。GSM模塊初始化包括重新啟動、選擇短信格式為PDU模式、開發串口中斷準備接收數據。同時由于手機模塊的AT命令的響影實時性要求不是很高故采用查詢串口的方法編寫。隨后開始檢測端口1，端口2的電壓值，從而發送相應的短信到管理者手機上，來實現系統24小時的無人檢測。八、總結通過這次設計，加強了我的動手、思考和解決問題的能力。我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從