GSMGPR基于SIM900A的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

移動(dòng)通信課程論文GSM/GPRS原理與應(yīng)用——基于SIM900A的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)目錄1GSM系統(tǒng)簡介 21.1GSM涵義 21.2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能 21.2.1移動(dòng)臺(MS) 31.2.2基站子系統(tǒng)(BSS) 31.2.3網(wǎng)路子系統(tǒng)(NSS) 31.2.4操作支持子系統(tǒng)(OSS) 41.3GSM信道 41.3.1物理信道與幀結(jié)構(gòu) 41.3.2GSM邏輯信道 52GPRS系統(tǒng)簡介 62.1GPRS涵義 62.2GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 62.2.1分組控制單元PCU 72.2.2服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)SGSN 72.2.3網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)GGSN 72.2.4邊界網(wǎng)關(guān)BG 72.2.5計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)CG與域名服務(wù)器DNS 72.3GPRS技術(shù)優(yōu)勢 72.3.1資源利用率高 72.3.2傳輸速率高 82.3.3接入時(shí)間短 82.3.4支持IP協(xié)議和X.25協(xié)議 82.4GPRS業(yè)務(wù)應(yīng)用 82.4.1GPRS典型應(yīng)用一 92.4.2GPRS典型應(yīng)用二 103基于SIM900A的GSM/GPRS電路系統(tǒng)設(shè)計(jì) 113.1SIM900A模塊簡介 113.2SIM900A硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 113.2.1SIM900A原理圖 123.2.2SIM900APCB圖設(shè)計(jì) 134基于SIM900A的SMS、TCP功能實(shí)現(xiàn) 154.1SMS功能實(shí)現(xiàn) 154.1.1SMS工作原理 154.1.2SMS實(shí)現(xiàn)步驟 154.2TCP數(shù)據(jù)傳輸功能實(shí)現(xiàn) 164.2.1TCP數(shù)據(jù)傳輸原理 174.2.2TCP數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn) 17附錄1：CC2430控制SIM900A實(shí)現(xiàn)TCP相關(guān)主要程序 21綜述本文對GSM、GPRS系統(tǒng)做了簡要介紹，講解了GSM、GPRS系統(tǒng)的相關(guān)組成與功能。并選用SIM900A模塊設(shè)計(jì)了一個(gè)硬件電路系統(tǒng)，該模塊是雙頻GSM/GPRS模塊，其內(nèi)部集成了TCPIP協(xié)議。實(shí)踐部分，本文利用PC機(jī)通過串口控制該SIM900A電路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了SMS和TCPIP數(shù)據(jù)收發(fā)功能，并利用單片機(jī)與SIM900A進(jìn)行了通訊實(shí)驗(yàn)，使其連續(xù)不斷地發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測定其數(shù)據(jù)正確性基本為100%。文章最后給出了相關(guān)源代碼。關(guān)鍵字：GSMGPRSSIM900ASMSTCP數(shù)據(jù)收發(fā)

1GSM系統(tǒng)簡介1.1GSM涵義GSM中文名稱為：全球移動(dòng)通信系統(tǒng)；英文名稱為：Globalsystemformobilecommunications。GSM屬于第二代移動(dòng)通信技術(shù)，起源于歐洲的移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，又稱“全球通”，取一部手機(jī)行遍全球之意，其實(shí)現(xiàn)手段為全球使用同一個(gè)移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。我國于20世紀(jì)90年代引進(jìn)該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而取代了第一代移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)-蜂窩模擬移動(dòng)技術(shù)。GSM系統(tǒng)包括GSM900：900MHz、GSM1800：1800MHz及GSM-1900：1900MHz等幾個(gè)頻段。1.2GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能GSM系統(tǒng)由若干個(gè)子系統(tǒng)或功能實(shí)體組成。其中基站子系統(tǒng)（BSS）在移動(dòng)臺（MS）和網(wǎng)路子系統(tǒng)（NSS）之間提供和管理傳輸通路，特別包括了MS與GSM系統(tǒng)的功能實(shí)體之間的無線接口管理。NSS負(fù)責(zé)管理通信業(yè)務(wù)，保證MS與相關(guān)的供應(yīng)能夠通信網(wǎng)或與其他MS之間建立通信。MS、BSS和NSS組成GSM系統(tǒng)的實(shí)體部分。操作支持系統(tǒng)（OSS）提供運(yùn)營部門一種手段來控制和維護(hù)這些實(shí)際運(yùn)行部分。圖1.1GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.2.1移動(dòng)臺(MS)公用GSM移動(dòng)通信網(wǎng)中用戶使用的設(shè)備叫做移動(dòng)臺，它是整個(gè)GSM系統(tǒng)中用戶惟一接觸的設(shè)備，移動(dòng)臺的類型包括手持臺、車載臺和便攜臺，其中手持臺用戶的比例最大。移動(dòng)臺必須提供與使用者之間的接口以及通過無線接口接入GSM系統(tǒng)的基本功能，其中主要包括話筒、揚(yáng)聲器、顯示屏和按鍵等。此外，移動(dòng)臺另外一個(gè)重要的組成部分是用戶識別模塊-SIM卡，它是一張符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的智慧卡。他包含所有與用戶相關(guān)的和某些無線接口信息，其中包括鑒權(quán)和加密信息。使用GSM標(biāo)注你的移動(dòng)臺都需要插入SIM卡，只有當(dāng)處理異常的緊急情況的緊急呼叫可以在不用SIM卡的情況下操作。1.2.2基站子系統(tǒng)(BSS)基站子系統(tǒng)是由基站收發(fā)信臺BTS和基站控制器BSC兩部分功能實(shí)體組成?；咀酉到y(tǒng)BSS是GSM系統(tǒng)中與無線蜂窩方面關(guān)系最直接的組成部分，它通過無線接口直接與移動(dòng)臺相接負(fù)責(zé)無線發(fā)送與接收和無線資源管理。另一方面，基站子系統(tǒng)與網(wǎng)路子系統(tǒng)NSS中的移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心MSC相連。實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶之間或移動(dòng)用戶與固定網(wǎng)路之間的通信連接傳送系統(tǒng)信號和用戶信息等。此外，為了對BSS進(jìn)行操作維護(hù)管理還需要建立BSS與操作子系統(tǒng)OSS之間的通信連接?；臼瞻l(fā)信臺BTS屬于基站子系統(tǒng)的無線部分，由基站控制器BSC控制服務(wù)于某個(gè)小區(qū)的無線收發(fā)信設(shè)備完成BSC與無線信道之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)BTS與移動(dòng)臺MS之間通過空中接口的無線傳輸及相關(guān)的控制功能。實(shí)際上一個(gè)基站控制器根據(jù)話務(wù)量需要可以控制十個(gè)BTS，BTS可以直接與BSC相連也可以通過基站接口設(shè)備BIE采用遠(yuǎn)端控制方式與BSC相連接。BTS主要分為基帶單元、載頻單元、控制單元三大部分?；究刂破鰾SC屬于基站子系統(tǒng)的控制部分，起著BSS的變換設(shè)備的作用。即各種接口的管理，承擔(dān)無線資源和無線參數(shù)的管理。1.2.3網(wǎng)路子系統(tǒng)(NSS)網(wǎng)路子系統(tǒng)NSS主要包含有GSM系統(tǒng)的交換功能和用于用戶數(shù)據(jù)與移動(dòng)性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能。它對GSM移動(dòng)用戶與其他通信網(wǎng)用戶之間通信起著管理作用。NSS由一系列功能實(shí)體構(gòu)成，整個(gè)GSM系統(tǒng)內(nèi)部，即NSS的各功能實(shí)體之間和NSS與B生死之間都通過符合CCITI心靈系統(tǒng)No.7協(xié)議和GSM規(guī)范的7號信令網(wǎng)路互相通信。網(wǎng)路的核心是移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心MSC，它提供交換功能及面向系統(tǒng)其它功能實(shí)體如：基站子系統(tǒng)BSS，歸屬用戶位置寄存器HLR鑒權(quán)中心AUC移動(dòng)設(shè)備識別寄存器EIR操作維護(hù)中心OMC和面向固定網(wǎng)公用電話網(wǎng)PSTN綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN分組交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)PSPDN，電路交換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)CSPDN的接口功能。把移動(dòng)用戶與移動(dòng)用戶，移動(dòng)用戶與固定網(wǎng)用戶互相連接起來，移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心MSC可從三種數(shù)據(jù)庫。即歸屬用戶位置寄存器HLR訪問用戶位置寄存器VLR和鑒權(quán)中心AUC。獲取處理用戶位置登記和呼叫請求所需的全部數(shù)據(jù)。反之MSC也根據(jù)其最新獲取的信息請求更新數(shù)據(jù)庫的部分?jǐn)?shù)據(jù)MSC可為移動(dòng)用戶提供一系列業(yè)務(wù)。此外，作為網(wǎng)路的核心,MSC還支持位置登記,越區(qū)切換和自動(dòng)漫游等移動(dòng)特征性能和其它網(wǎng)路功能1.2.4操作支持子系統(tǒng)(OSS)操作支持子系統(tǒng)OSS，需要完成許多任務(wù)包括移動(dòng)用戶管理，移動(dòng)設(shè)備管理以及網(wǎng)路操作和維護(hù)移動(dòng)用戶管理（用戶數(shù)據(jù)管理和呼叫計(jì)費(fèi)）。用戶數(shù)據(jù)管理一般由歸屬用戶位置寄存器HLR來完成，HLR是NSS功能實(shí)體之一，用戶識別卡SIM的管理也是用戶數(shù)據(jù)管理的一部分，但是作為相對獨(dú)立的用戶識別卡SIM的管理還必須根據(jù)運(yùn)營部門對SIM的管理要求和模式采用專門的SIM個(gè)人化設(shè)備來完成。呼叫計(jì)費(fèi)可以由移動(dòng)用戶所訪問的各個(gè)移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心MSC和GMSC分別處理也可以采用通過HLR或獨(dú)立的計(jì)費(fèi)設(shè)備來集中處理計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)的方式。移動(dòng)設(shè)備管理是由移動(dòng)設(shè)備識別寄存器EIR來完成的。1.3GSM信道GSM信道可以分為物理信道和邏輯信道。物理信道是指實(shí)際物理承載的傳輸信道，邏輯信道則是按照信道的功能劃分，物理信道是邏輯信道的載體。1.3.1物理信道與幀結(jié)構(gòu)時(shí)分多址是GSM的基本特點(diǎn)，GSM有8個(gè)時(shí)隙，它不足以滿足每個(gè)小區(qū)實(shí)際的用戶需求，因此，GSM采用以時(shí)分為主體，時(shí)分頻分相結(jié)合的方式。對于GSM900（一階段），GSM上下行各占有25MHZ頻段，而每個(gè)信道僅占用200KHZ，所以GSM可容納的頻分信道數(shù)是125，而每個(gè)頻分信道有8個(gè)時(shí)隙，所以GSM總共可以提供的時(shí)分信道數(shù)為1000個(gè)。而對于GSM900第二階段，上下行頻段擴(kuò)展至35MHZ，時(shí)分信道也相應(yīng)增至1400。此外，可利用小區(qū)蜂窩規(guī)劃對不同小區(qū)進(jìn)行空分，以進(jìn)一步增加信道數(shù)。GSM幀結(jié)構(gòu)分為四個(gè)層次：TDMA、復(fù)幀、超幀、超高幀。TDMA幀是GSM中的基礎(chǔ)幀，一個(gè)TDMA幀由8個(gè)時(shí)隙組成，而每個(gè)時(shí)隙可以是下列4類時(shí)隙突發(fā)中的某一種類型：常規(guī)突發(fā)序列、頻率校正突發(fā)序列、同步突發(fā)序列和接入突發(fā)序列，其中，常規(guī)突發(fā)序列應(yīng)用較多，主要用于信息通信，其他三類則多用于不同的控制。此外，TDMA幀可以構(gòu)成兩類復(fù)幀，進(jìn)而構(gòu)成兩類超幀。GSM幀結(jié)構(gòu)圖如圖1.2。圖1.2GSM幀結(jié)構(gòu)圖1.3.2GSM邏輯信道邏輯信道按功能劃分分為主業(yè)務(wù)信道和為了配合業(yè)務(wù)正常進(jìn)行的輔助性控制信道兩大類。主業(yè)務(wù)信道又可以分為語音與數(shù)據(jù)兩類。語音信道分為全速率語音信道和半速率語音信道，分別為13.5kbps和6.5kbps。數(shù)據(jù)信道則可以分為五種類型：9.6kbps全數(shù)率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；4.8kbps全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；<=2.4kbps全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；4.8kbps半速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；2.4kbps半速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。輔助性控制信道是為了保證業(yè)務(wù)信道有效且正常傳送輔助信息的信道。它可分為三種類型：廣播信道，其中包括頻率校正信道、同步信道和廣播控制信道；公共控制信道，它包含下行的尋呼信道和準(zhǔn)予接入信道及上行的隨機(jī)接入信道；專用控制信道，它包含獨(dú)立專用控制信道和兩類（快、慢）隨路控制信道。2GPRS系統(tǒng)簡介2.1GPRS涵義GPRS，英文名稱為：GeneralPacketRadioService，即通用分組無線業(yè)務(wù)，其標(biāo)準(zhǔn)是歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會ETSI制定并于1998年完成的。它是從GSM系統(tǒng)上發(fā)展起來的分組無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，GPRS與GSM公用頻段、公用基站并共享GSM系統(tǒng)能夠與網(wǎng)絡(luò)中的一些設(shè)備和設(shè)施。GPRS大大拓廣了GSM的服務(wù)范圍，在GSM原有電路交換的語音與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上提供了一個(gè)平行的分組交換的數(shù)據(jù)與語音業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)平臺?；谏鲜鲈?，GPRS經(jīng)常被描述成“2.5G”，也就是說這項(xiàng)技術(shù)位于第二代（2G）和第三代（3G）移動(dòng)通訊技術(shù)之間。GPRS的主要功能是移動(dòng)蜂窩網(wǎng)中支持分組交換業(yè)務(wù)，按時(shí)隙而不占用整個(gè)通路，將無線資源分配給所需的移動(dòng)用戶，收費(fèi)亦按占用時(shí)隙計(jì)算，因而收費(fèi)相對較低。GPRS不僅可應(yīng)用于GSM系統(tǒng)，還可以用于其它基于X.25與IP的各類分組網(wǎng)絡(luò)中，為無線因特網(wǎng)業(yè)務(wù)提供一個(gè)簡單的網(wǎng)絡(luò)平臺。2.2GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。主要包括，分組控制單元PCU、網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)GCSN、服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)SGSN、域名服務(wù)器DNC、邊界網(wǎng)關(guān)BG、計(jì)費(fèi)網(wǎng)絡(luò)CG等。圖2.1GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2.2.1分組控制單元PCU分組控制單元主要完成無線鏈路控制與媒體接入控制以及與服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)之間Gb分組業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)換。包括啟動(dòng)、監(jiān)視、拆斷分組交換呼叫、無線資源組合、信道配置等；PCU與SGSN之間通過幀中繼或者E1方式連接。2.2.2服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)SGSN服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)GPRS與無線端的接入控制、路由選擇、加密、鑒權(quán)、移動(dòng)管理，以及與MSC、SMS、HLR、IP和其他分組網(wǎng)之間的傳輸與網(wǎng)絡(luò)接口。此外，SGSN可以被看做一個(gè)無線接入路由器。2.2.3網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)GGSN網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)主要支持與外部因特網(wǎng)及X.25分組網(wǎng)連接的網(wǎng)關(guān)，可看做提供移動(dòng)用戶IP地址的網(wǎng)關(guān)和路由器。網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)還包含防火墻和分組濾波器并提供網(wǎng)間安全機(jī)制。2.2.4邊界網(wǎng)關(guān)BG邊界網(wǎng)關(guān)是其他運(yùn)營者的GPRS網(wǎng)關(guān)與本地GPRS網(wǎng)關(guān)主干網(wǎng)之間互相連接的網(wǎng)關(guān)，它應(yīng)具有基本的安全功能和根據(jù)漫游協(xié)議增加相關(guān)功能的能力。2.2.5計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)CG與域名服務(wù)器DNS計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)通過相關(guān)接口Ga與GPRS網(wǎng)中的計(jì)費(fèi)實(shí)體相連接，用于收集各類GSN的計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)并記錄和進(jìn)行計(jì)費(fèi)。域名服務(wù)器DNS負(fù)責(zé)提供GPRS網(wǎng)內(nèi)部SGSN、GGSN等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)域名解析及接入點(diǎn)名APN的解析。2.3GPRS技術(shù)優(yōu)勢2.3.1資源利用率高在GSM網(wǎng)絡(luò)中，GPRS首先引入了分組交換的傳輸模式，使得原有的采用電路交換模式的GSM傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生了根本變換，這在一定程度上解決了無限資源稀缺的問題。按照電路交換模式，在整個(gè)連接期間，無論用戶是否發(fā)送數(shù)據(jù)都將獨(dú)自占有信道。在會話期間亦會有一些空閑時(shí)隙，用戶只有充分利用這些空隙，才能充分利用無線資源，從而提高信道利用率。對于分組模式的GPRS，很好的解決了這些問題，用戶計(jì)費(fèi)以通信的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)，實(shí)際上，GPRS連接時(shí)間可能長達(dá)數(shù)小時(shí)，而需要支付的費(fèi)用卻很少。2.3.2傳輸速率高GPRS可提供高達(dá)115Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率（最高值為171.2Kbit/s，不包括FEC）。這意味著通過便攜式電腦GPRS用戶將可以獲得和ISDN用戶一樣的快速上網(wǎng)瀏覽，使快速網(wǎng)絡(luò)服務(wù)可以隨時(shí)隨地。2.3.3接入時(shí)間短分組交換接入時(shí)間小于1秒，能提供快速即時(shí)的連接，可以大幅度提高一些事物的效率，并使現(xiàn)有的Internet操作更加方便、快捷、流暢。2.3.4支持IP協(xié)議和X.25協(xié)議GPRS支持Internet上應(yīng)用最廣泛的IP協(xié)議和X.25協(xié)議。支持X.25協(xié)議可使已經(jīng)存在的X.25應(yīng)用能夠在GSM網(wǎng)絡(luò)上繼續(xù)使用。而且由于GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，所以是得GPRS能夠提供Internet和其他分組網(wǎng)絡(luò)的全球性無線接入。2.4GPRS業(yè)務(wù)應(yīng)用GPRS如今的應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛。具體涉及到以下幾個(gè)方面：信息業(yè)務(wù)、網(wǎng)頁瀏覽、文件共享及協(xié)同工作、因特網(wǎng)和企業(yè)E-mail、交通工具定位、靜態(tài)圖像、遠(yuǎn)程局域網(wǎng)接入等等。信息業(yè)務(wù)包括的內(nèi)容比較廣泛，如新聞、天氣、交通信息等等；網(wǎng)頁瀏覽可以使移動(dòng)用戶獲得比電路交換數(shù)據(jù)更便捷的上網(wǎng)服務(wù)，由于電路交換速率比較低，因此數(shù)據(jù)從因特網(wǎng)服務(wù)器到瀏覽器需要很長一段時(shí)間，而GPRS則比較適合于因特網(wǎng)瀏覽業(yè)務(wù)；定位功能綜合了無線定位技術(shù)，該系統(tǒng)告訴人們所處的位置，并且利用短消息業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)告其他人該位置信息；靜態(tài)圖像如照片圖片等可以在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送和接收，使用GPRS可以將圖像從一個(gè)GPRS設(shè)備傳送到因特網(wǎng)站點(diǎn)或者其他接收設(shè)備。2.4.1GPRS典型應(yīng)用一圖2.2GPRS典型應(yīng)用-遠(yuǎn)程物品監(jiān)控如圖2.2所示，為一遠(yuǎn)程物品實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以用來對遠(yuǎn)端的物品的狀態(tài)（是否發(fā)生故障、丟失、移動(dòng)等等）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，大大節(jié)省了人力，而且快捷方便。該系統(tǒng)主要通過遠(yuǎn)端的無線傳感器網(wǎng)對所要監(jiān)控的物品的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，或者設(shè)定閾值，待超過規(guī)定范圍實(shí)施報(bào)警。通過傳感器采集回來的數(shù)據(jù)經(jīng)過GPRS終端發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步發(fā)送到遠(yuǎn)端的監(jiān)控中心，監(jiān)控中心對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，做出相應(yīng)處理。2.4.2GPRS典型應(yīng)用二圖2.3GPRS典型應(yīng)用-車輛實(shí)時(shí)監(jiān)控如圖2.3所示，為一車輛監(jiān)控典型系統(tǒng)。GPRS手機(jī)與GPS聯(lián)合提供車輛的實(shí)時(shí)調(diào)度、監(jiān)控和管理，GPS探測到的車輛當(dāng)前位置信息，有GPRS手機(jī)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)地傳輸?shù)杰囕v調(diào)度中心，車輛調(diào)度中心的指令、命令也可以通知PTP或者PTM方式發(fā)送給一個(gè)或者多個(gè)駕駛員，完全可以取代現(xiàn)有的無線集群指揮調(diào)度系統(tǒng)，具有成本低、覆蓋范圍廣、使用簡單方便。

3基于SIM900A的GSM/GPRS電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1SIM900A模塊簡介SIM900A是一個(gè)2頻的GSM/GPRS模塊，工作頻段為：EGSM900MHZ和DCS1800MHZ。SIM900A支持GPRSmulti-slotclass10/class8(可選)和GPRS編碼格式CS-1，CS-2，CS-3andCS-4。SIM900A采用省電技術(shù)設(shè)計(jì)，在SLEEP模式下最低耗流只有1mA。此外，該模塊內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，擴(kuò)展的TCP/IP命令讓用戶能夠很容易使用TCP/IP協(xié)議，這些在用戶做數(shù)據(jù)傳輸方面的應(yīng)用時(shí)非常有用。SIM900A尺寸較小，幾乎可以滿足所有用戶應(yīng)用中的對空間尺寸的要求。該模塊與用戶移動(dòng)應(yīng)用的物理接口為68個(gè)貼片焊盤，提供了模塊和客戶電路板的所有硬件接口：鍵盤和SPI顯示接口；主串口和調(diào)試串口；一路音頻接口，包含一個(gè)麥克風(fēng)輸入和一個(gè)揚(yáng)聲器輸出；可編程通用輸入輸出接口。SIM900A的功能框圖如圖3.1所示。圖3.1SIM900A功能框圖3.2SIM900A硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)SIM900A硬件設(shè)計(jì)功能框圖如圖3.2所示。本電路設(shè)計(jì)之初，主要是為了實(shí)現(xiàn)SMS與TCP功能，因此語音接口沒有引出，外部功能模塊主要分為串口、電源、SIM卡、以及單片機(jī)相應(yīng)接口。圖3.2硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能框圖3.2.1SIM900A原理圖該電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于電源部分，由于GSM/GPRS模塊電源部分為3.8v，非典型固定電壓，而且瞬間電流可以達(dá)到2A。本系統(tǒng)選擇可調(diào)輸出電壓芯片LM2596，LM2596輸出電壓范圍為1.2-37v，瞬間可以通過最大電流達(dá)到3A，完全符合電路要求。電路通信部分充分考慮了兼容性，是GSM/GPRS模塊既可以和PC機(jī)通信，同時(shí)又可以與單片機(jī)通信。由于所使用的MCU為5v接口電壓，而SIM900A的接口電壓為2.8v，因此需要在兩者之間加一電平轉(zhuǎn)換芯片，本系統(tǒng)采用NL27WZ07在SIM900A與模塊之間進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換。由于GSM/GPRS模塊為靜電敏感器件，因此電路中需要加入靜電防護(hù)措施。本系統(tǒng)中采用ESDA6V1W5，該器件專為靜電敏感器件設(shè)計(jì)，可承受瞬間靜電25KV，漏電流小于1uA。圖3.3SIM900A原理圖3.2.2SIM900APCB圖設(shè)計(jì)改電路設(shè)計(jì)需要考慮瞬間大電流問題，由于SIM900A在通信瞬間會產(chǎn)生高達(dá)2A的電流，因此，模塊的供電需要保持穩(wěn)定，否則將對電路的穩(wěn)定性甚至正常工作指標(biāo)產(chǎn)生影響。本設(shè)計(jì)中采用了加粗電源線的方法。同時(shí)采用大面積附銅接地（此處貼圖由于顯示問題沒有附銅）。系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)如圖3.4。圖3.4SIM900APCB圖3.5SIM900A硬件系統(tǒng)實(shí)物圖4基于SIM900A的SMS、TCP功能實(shí)現(xiàn)4.1SMS功能實(shí)現(xiàn)SMS(ShortMessagingService）中文名稱短信服務(wù)，短信是當(dāng)下每一部手機(jī)上必備的功能之一，顧名思義，它是在手機(jī)之間發(fā)送文字信息或從個(gè)人計(jì)算機(jī)或手持設(shè)備向手機(jī)發(fā)送信息的一種方式，其文本信息的最大發(fā)送量為160個(gè)字符（字母、數(shù)字或者拉丁字母中的字符），對于中文一般最大發(fā)送量為70個(gè)字符。4.1.1SMS工作原理以手機(jī)為例，盡管平時(shí)沒有打電話或者接聽電話，但是我們的電話卻總在不停地收發(fā)數(shù)據(jù)，它通過被稱為控制信道的控制通路與手機(jī)發(fā)射塔進(jìn)行通信。這種通訊的目的是讓手機(jī)系統(tǒng)了解自己所在的信號區(qū)域，以便移動(dòng)時(shí)手機(jī)可以切換到其他信號區(qū)域以及確定工作正常。手機(jī)使用控制通道來建立呼叫，控制通道同樣也為SMS短信提供通路。當(dāng)我們向一部手機(jī)發(fā)送短信時(shí)，該短信將通過手機(jī)發(fā)射塔以控制通道上小型數(shù)據(jù)包的形式先通過SMSC（短信業(yè)務(wù)中心），然后通過手機(jī)發(fā)射塔，再由發(fā)射塔將短信發(fā)送到目標(biāo)手機(jī)。對于短消息的控制共有三種模式：BlockMode、基于AT指令的TextMode、基于AT指令的PDUMode。目前手機(jī)中默認(rèn)使用PDUMode，通過PDU編碼的短消息內(nèi)容可以是文字、聲音或者圖像。TextMode只能用于發(fā)送ANSI范圍的字符，發(fā)送方式比較簡單。本文通過文本模式發(fā)送短消息。4.1.2SMS實(shí)現(xiàn)步驟在本系統(tǒng)中，利用PC機(jī)通過串口控制SIM900A模塊實(shí)現(xiàn)短信收發(fā)功能。首先通過9針串口線將PC機(jī)與SIM900A模塊連接，打開串口調(diào)試軟件，并設(shè)置相應(yīng)參數(shù)：波特率-9600、奇偶校驗(yàn)-無、數(shù)據(jù)位-8、停止位-1。設(shè)置完畢，在PC機(jī)端發(fā)送AT+ENTER，當(dāng)連接正常時(shí)會返回“OK”。然后輸入相應(yīng)的AT命令控制GSM模塊工作，詳見下圖圖4.1SMS實(shí)現(xiàn)步驟與結(jié)果由圖8可見，該SIM900A系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了短信收發(fā)功能。我們通過該SIM900A系統(tǒng)向電送一條短信“THISISATESTFROMSIM900A”，由于該電話為系統(tǒng)本身的電話號碼，可以通過結(jié)果發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)收到自己發(fā)出的短信，并返回+CMTI：”SM”21表示收到短信，并且該短信為短信存儲位置的第21條。最后通過一條語句”AT+CMGR=21”讀取該短信。表1SMS相關(guān)主要AT命令4.2TCP數(shù)據(jù)傳輸功能實(shí)現(xiàn)GPRS當(dāng)前廣泛應(yīng)用的行業(yè)有電力、有天、工業(yè)控制、運(yùn)輸、金融、證券、公共安全、天氣預(yù)報(bào)、交通信息發(fā)布等。應(yīng)用特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量小、發(fā)送時(shí)間間隔大以及不定時(shí)發(fā)送。利用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，具有成本低、組網(wǎng)靈活迅速、范圍廣等優(yōu)勢。4.2.1TCP數(shù)據(jù)傳輸原理在應(yīng)用中，用戶在GPRS網(wǎng)絡(luò)課選擇TCP或者UDP傳輸協(xié)議。UDP不提供可靠性連接，它把應(yīng)用程序傳給IP層地?cái)?shù)據(jù)發(fā)送出去，但是并不保證他們能到達(dá)目的地。TCP提供與UDP完全不同的服務(wù)。TCP提供一種面向連接的可靠的字節(jié)流服務(wù)。TCP將用戶數(shù)據(jù)打包構(gòu)成報(bào)文段，并在發(fā)送數(shù)據(jù)后啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器，等待對端數(shù)據(jù)確認(rèn)。另一端對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)，對失序的數(shù)據(jù)重新排序，丟棄重復(fù)的數(shù)據(jù)。TCP提供端到端的流量控制，并計(jì)算和驗(yàn)證一個(gè)也強(qiáng)制性的端到端檢驗(yàn)。面向連接意味著兩個(gè)使用TCP的應(yīng)用在彼此交換數(shù)據(jù)之前必須先建立一個(gè)TCP連接。對于其連接過程，TCP用三個(gè)報(bào)文段完成連接的建立，該過程亦稱為三次握手。而終止一個(gè)連接則需要四次握手。此外，數(shù)據(jù)發(fā)送需要結(jié)果接收方確認(rèn)，并有超時(shí)重傳機(jī)制。因此，TCP在傳輸中提供了可靠的通訊保障，同時(shí)付出了增加網(wǎng)絡(luò)開銷的代價(jià)。4.2.2TCP數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)在本系統(tǒng)中，通過兩種方式實(shí)現(xiàn)了TCP數(shù)據(jù)傳輸功能。一、利用PC機(jī)通過串口控制SIM900A模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能。該方式通過9針串口線將PC機(jī)與SIM900A模塊連接，設(shè)置相應(yīng)串口參數(shù)：波特率-9600、奇偶校驗(yàn)-無、數(shù)據(jù)位-8、停止位-1。然后輸入相應(yīng)的AT命令控制GSM模塊工作。二、利用單片機(jī)控制SIM900A模塊傳輸數(shù)據(jù)。該方式利用硬件系統(tǒng)上的CC2430硬件接口，CC2430為一個(gè)51內(nèi)核的集CPU、無線收發(fā)模塊于一體的片上系統(tǒng)，在此僅當(dāng)做單片機(jī)使用。通過單片機(jī)設(shè)置SIM900A連續(xù)工作，處于連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)模式，對于該模式本文不做詳細(xì)介紹，只提供相關(guān)主要程序代碼見附錄。下面詳細(xì)介紹PC機(jī)通過串口控制SIM900A模塊進(jìn)行TCP數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟襟E：圖4.2建立監(jiān)聽服務(wù)器步驟一：在數(shù)據(jù)接收端建立監(jiān)聽服務(wù)器。在本例中，監(jiān)聽PC機(jī)端口50000，監(jiān)控是否有數(shù)據(jù)到達(dá)50000端口。由圖4.2可見，服務(wù)器的IP為192.168.7.10，該IP是內(nèi)部IP，由其連接的路由器提供。此處需要在接在Internet上的具有唯一地址的路由器上將發(fā)送到其上的50000端口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到內(nèi)部IP為192.168.7.10的服務(wù)器的50000端口。圖4.3TCP連接相關(guān)設(shè)置圖4.3監(jiān)聽端檢測到請求連接成功步驟二：通過串口發(fā)送相應(yīng)AT命令控制SIM900A模塊進(jìn)行TCP連接。此處需要進(jìn)行GPRS模塊工作的相關(guān)設(shè)置，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置協(xié)議，設(shè)置接入點(diǎn)等等，并向?qū)Ψ絀P發(fā)起連接。相關(guān)AT命令解釋詳見表2。當(dāng)監(jiān)聽端收到GPRS模塊端發(fā)來的連接請求，進(jìn)行連接，連接成功后可以在監(jiān)聽端觀察到GPRS模塊所獲得的臨時(shí)IP地址117.136.5.217（該地址為遼寧移動(dòng)所有）。表2TCP數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)設(shè)置命令圖4.4數(shù)據(jù)發(fā)送成功步驟三：發(fā)送數(shù)據(jù)。在此，我們發(fā)送數(shù)據(jù)“ThisisatestforMobilecommunicationtechnology!”，在接收端可以看見，收到了該數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了TCP數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸完畢發(fā)送AT命令：AT+CIPCLOSE斷開連接，結(jié)束傳輸過程。此外，本人進(jìn)行了單片機(jī)與SIM900A模塊通信的實(shí)驗(yàn)，單片機(jī)控制SIM900A發(fā)送數(shù)據(jù)，連續(xù)發(fā)送一天，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，TCP數(shù)據(jù)傳輸有效性基本為100%，由于數(shù)據(jù)量巨大，在此不予列舉。僅提供實(shí)驗(yàn)程序，詳見附錄1。

附錄1：CC2430控制SIM900A實(shí)現(xiàn)TCP相關(guān)主要程序#include<ioCC2430.h>#include"hal.h"#include"string.h"#include"stdlib.h"http://建立tcp連接/*//關(guān)閉tpc連接voidAT_CLOSE(){halUart0SendData("AT+CIPCLOSE\r\n",13);}//發(fā)送數(shù)據(jù)voidAT_CIPSEND(BYTE*text){BYTElen=strlen(text);halUart0SendData("AT+CIPSEND\r\n",12);halUart0SendData(text,len);halUart0SendData("\1A",1);}//查詢數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)voidAT_CIPACK(){halUart0SendData("AT+CIPACK\r\n",11);}//設(shè)置本地端口voidAT_CLPORT(BYTEa){BYTEb=strlen(a);halUart0SendData("AT+CLPORT=\"TCP\",",16);halUart0SendData(a,b);halUart0SendData("\r\n",2);}//激活移動(dòng)場景voidAT_CIICR(){halUart0SendData("AT+CIICR\r\n",10);}//關(guān)閉移動(dòng)場景voidAT_CIPSHUT(){halUart0SendData("AT+CIPSHUT\r\n",12);}//獲得本地ipvoidAT_CIFSR(){halUart0SendData("AT+CIICR\r\n",10);}//查詢連接狀態(tài)voidAT_CIPSTATUS(){halUart0SendData("AT+CIPSTATUS\r\n",14);}//配置域名服務(wù)器DNSvoidAT_CDNSCFG(BYTE*dns){BYTEa=strlen(dns);halUart0SendData("AT+CDNSCFG=\"",11);halUart0SendData(dns,a);halUart0SendData("\"\r\n",3);}//域名解析voidAT_CDNSGIP(BYTE*domain){BYTEa=strlen(domain);halUart0SendData("AT+CDNSGIP=\"",12);halUart0SendData(domain,a);halUart0SendData("\"\r\n",3);}//設(shè)置自動(dòng)發(fā)送時(shí)間（0未設(shè)置，1設(shè)置;time001-100,）voidAT_CIPATS_NotAutoSend(BYTEmode){halUart0SendData("AT+CIPATS=",10);halUart0SendData(mode,1);halUart0SendData("\r\n",2);}voidAT_CIPATS(BYTEmode,BYTEtime){halUart0SendData("AT+CIPATS=",10);halUart0SendData(mode,1);halUart0SendData(time,3);halUart0SendData("\r\n",2);}//配置為服務(wù)器(0關(guān)閉，1開啟;port00001-65535)voidAT_CIPSERVER_CloseServer(BYTEmode){halUart0SendData("AT+CIPSERVER=",13);halUart0SendData(mode,1);halUart0SendData("\r\n",2);}voidAT_CIPSERVER(BYTEmode,BYTEport){halUart0SendData("AT+CIPSERVER=",13);halUart0SendData(mode,1);halUart0SendData(port,5);halUart0SendData("\r\n",2);}//配置tcpip應(yīng)用模式(0非透明，1透明)voidAT_CIPMODE(BYTEmode){halUart0SendData("AT+CIPMODE=",11);halUart0SendData(mode,1);halUart0SendData("\r\n",2);}//配置透明傳輸模式(NmRetry3-8,2-10,SendSz0001-1460,esc0-1)voidAT_CIPCCFG(BYTENmRetry,BYTEWaitTm,BYTESendSz,BYTEesc){halUart0SendData("AT+CIPCCFG=",11);halUart0SendData(NmRetry,1);halUart0SendData(",",1);halUart0SendData(WaitTm,1);halUart0SendData(",",1);halUart0SendData(SendSz,4);halUart0SendData(",",1);halUart0SendData(esc,1);halUart0SendData("\r\n",2);}//中斷通話voidATH(){if(strcmp(buf,"RING)==0){halUart0SendData("ATH\r\n",5);}}*/#include"hal.h"voidhalUart0Init(UINT32baudrate){IO_PER_LOC_UART0_AT_PORT0_PIN2345();//baudrateshouldbecheckedbeforecallingUART_SETUP//butIhavn'tdoneityet--byallboneUART_SETUP(0,baudrate,0);//EnablereceiveU0CSR|=RE;}voidhalUart1Init(UINT32baudrate){IO_PER_LOC_UART1_AT_PORT1_PIN4567();UART_SETUP(1,baudrate,0);//EnablereceiveU1CSR|=RE;}voiduart485_Init