基于GSM短信模塊的通信機房市電油機監(jiān)測

基于GSM短信模塊的通信機房市電油機監(jiān)測系統(tǒng)第2頁基于GSM短信模塊的通信機房市電油機監(jiān)測系統(tǒng)目錄一、設(shè)計背景…………………4二、設(shè)計原理…………………42.1結(jié)構(gòu)圖………42.1.1GSM短信收發(fā)檢測模塊……42.1.2數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳送……………8五、短信的發(fā)送與接收……85.1基本概念……………………85.2SMS組成要素……………95.2短消息的發(fā)送格式………9六、PDU數(shù)據(jù)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(nèi)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(shè)計……………127.1流程圖…………………127.2軟件說明……………12八、總結(jié)…………………13一、設(shè)計背景目前手機短信息的應(yīng)用越來越廣泛，它已經(jīng)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(tǒng)、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(fā)電，則與其相關(guān)的通信設(shè)備無法工作，造成癱瘓和巨大的經(jīng)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(shè)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(fā)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(xiàn)無人檢測。本文介紹了基于GSM短信模塊SIM300的硬件電路和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(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。介紹了單片機通過數(shù)據(jù)采樣控制GSM模塊工作的軟件實現(xiàn)過程。二、設(shè)計原理2.1結(jié)構(gòu)圖GSM網(wǎng)絡(luò)2.1．1ＧＳＭ短信收發(fā)檢測模塊GSM網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)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(fù)位信號：A市電正常復(fù)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(fā)電：輸出0停機：輸出1降壓（用手機充電器即可）短信內(nèi)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(fā)送相應(yīng)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(fā)送相應(yīng)的短信內(nèi)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(fù)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(jù)各自的情況發(fā)送相應(yīng)的短信，以便管理者能實時監(jiān)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(yīng)用于各種產(chǎn)品中，其接口簡單，方便使用，且功能強大，因此本遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)系統(tǒng)采用STC公司高密度非易失性存儲器技術(shù)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(zhì)功能是作為CPU和串行設(shè)備間的編碼轉(zhuǎn)換器。當(dāng)數(shù)據(jù)從CPU經(jīng)過串行端口發(fā)送出去時，字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的位。在接收數(shù)據(jù)時，串行的位被轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。在Windows環(huán)境(WindowsNT.Win98.Windows2000)下，串口是系統(tǒng)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(shè)定，通常為19200bps。采用這種RS232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STC12C5A60S23.3SIM300電路GSM手機電路由無線收發(fā)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(fā)信通路將基帶單元產(chǎn)生的270.833kbit/s的TDMA幀數(shù)據(jù)流信號接GMSK調(diào)制方法形成I、Q信號，再調(diào)制到900MHz或1800MHz射頻信號，經(jīng)射頻開關(guān)，由天線發(fā)射出去，收信通路將天線接收的信號經(jīng)低噪聲放大、解調(diào)，產(chǎn)生基帶I、Q信號，通過解調(diào)和均衡將模擬的I、Q信號進行數(shù)字化，恢復(fù)出數(shù)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(huán)技術(shù)實現(xiàn)頻率合成。四、GSM的SMS遠程數(shù)據(jù)傳送SMS（ShortMessageService）短信息服務(wù)是GSM（GlobalSystemforMobileCommunication）系統(tǒng)中提供的一種GSM終端（手機）之間，通過服務(wù)中心(ServiceCenter)進行文本信息收發(fā)的應(yīng)用服務(wù)，其中服務(wù)中心完成信息的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)功能。短信息服務(wù)作為GSM網(wǎng)絡(luò)的一種基本業(yè)務(wù)，已得到越來越多的系統(tǒng)運營商和系統(tǒng)開發(fā)商的重視，基于這種業(yè)務(wù)的各種應(yīng)用也蓬勃發(fā)展起來。以GSM網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以開發(fā)出多種前景極其樂觀的各類應(yīng)用，如無線數(shù)據(jù)的雙向傳送、無線遠程檢測和控制等。典型的應(yīng)用有：變電站、電表、水塔、水庫或環(huán)保監(jiān)測點等監(jiān)測數(shù)據(jù)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(tǒng)、防洪攔阻系統(tǒng)或其它機電系統(tǒng)的啟動和關(guān)閉。由于GSM網(wǎng)絡(luò)在全國范圍內(nèi)實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，具有網(wǎng)絡(luò)能力強的特點，用戶無需另外組網(wǎng)，在極大提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的同時為客戶節(jié)省了昂貴建網(wǎng)費用和維護費用。同時，它對用戶的數(shù)量也沒有限制，克服了傳統(tǒng)的專網(wǎng)通信系統(tǒng)投資成本大，維護費用高，且網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的覆蓋范圍和用戶數(shù)量有限的缺陷。比起傳統(tǒng)的集群系統(tǒng)在無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋上具有無法比擬的優(yōu)勢，加上GSM的SMS本身具備的數(shù)據(jù)傳送功能，都使得這些應(yīng)用得到迅速的普及。利用GSM短信息系統(tǒng)進行無線通信還具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，性能穩(wěn)定，為遠程數(shù)據(jù)傳送和監(jiān)控設(shè)備的通信提供了一個強大的支持平臺。本文的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就是根據(jù)GSM的SMS遠程數(shù)據(jù)傳送功能完成其遠程控制的。五、短信的發(fā)送與接收5．1基本概念GSM中唯一不要求建立端-端業(yè)務(wù)路徑的業(yè)務(wù)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(wù)使得短消息能在移動臺和短消息服務(wù)中心之間傳遞。一個GSM用戶發(fā)送短消息時，他必須至少在其內(nèi)容中包含最終地址的識別符，和處理這消息的服務(wù)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(fā)送方路由至短消息服務(wù)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(guān)的服務(wù)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(yōu)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(fā)送，以及還有多少條消息要發(fā)送等。5．3短消息的發(fā)送格式有兩種方式來發(fā)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(xiàn)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(yīng)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(yīng)用要么使用test模式，要么是PDU模式。如果使用text模式，那么應(yīng)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(shù)據(jù)格式及AT命令6.1PDU簡介PDU相當(dāng)于一個數(shù)據(jù)包，它由構(gòu)成消息（SMS）的信息組成。作為一種數(shù)據(jù)單元，它必須包含源/目的地址、保護（有效）時間、數(shù)據(jù)格式、協(xié)議類型和正文，正文長度可達140字節(jié)，它們都以十六進制表示。PDU結(jié)構(gòu)根據(jù)短消息由移動終端發(fā)起或以移動終端為目的而不同。當(dāng)由移動終端發(fā)起時，PDU的格式為：SMSCPDU類型MRDAPIDDCSVPUDLUD（0～140octed）當(dāng)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(yè)務(wù)中心地址，DA/OA為源/目的地址，PID為協(xié)議識別，DCS為數(shù)據(jù)編碼，UDL為用戶數(shù)據(jù)長度，UD為用戶數(shù)據(jù)，VP為有效時間，MR指明是發(fā)出信息，SCTS指明短消息到達業(yè)務(wù)中心的時間。6.2接收／放送／短信中心號碼編碼如號碼位數(shù)是奇數(shù)位，末尾加“Ｆ”，并將只需將奇偶位對調(diào)即可。6.3短信內(nèi)容編碼A、7Bit編碼：首先將字符轉(zhuǎn)換為7位的二進制，然后，將后面字符的位調(diào)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(jié))按照ISO/IEC10646的規(guī)定，轉(zhuǎn)變?yōu)?6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(guī)定什么具體的算法，主要是用于發(fā)送數(shù)據(jù)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(wù)狀態(tài)測試命令A(yù)T+COPS?響應(yīng)OK注釋：查詢當(dāng)前服務(wù)狀態(tài)B.AT+CMGF選擇短消息格式測試命令A(yù)T+CMGF=？響應(yīng)+CMGF：（0-1）OK注釋：PDU或TEXT模式讀命令A(yù)T+CMGF？響應(yīng)+CMGF：1OK注釋：TEXT模式寫命令A(yù)T+CMGF=<index>響應(yīng)OK參數(shù):<index>=0:PDU模式；<index>=1:TEXT模式例子AT+CMGF=0響應(yīng)OKC.AT+CMGR讀短信息AT+CMTI：“SM”，1注釋：首先有命令A(yù)T+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(fā)送短信息寫命令A(yù)T+CMGS=<length><CR><pdu><ctrl-Z>注釋1A：ASCII碼CTRL^Z：報文結(jié)束標志。<length>：不包括最初9個短信息元字節(jié)。注釋：<CR>Chr$(34)<ctrl-Z>chr$(26)響應(yīng)+CMGS：<mr>OK注釋：成功發(fā)送。七、軟件設(shè)計復(fù)位7.1流程圖復(fù)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(jù)端口數(shù)據(jù)根據(jù)端口數(shù)據(jù)發(fā)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(shè)計采用C語言編程，容易理解。開機上電后，程序在主函數(shù)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(shè)置串口工作方式、波特率，并初始化變量參數(shù)。GSM模塊初始化包括重新啟動、選擇短信格式為PDU模式、開發(fā)串口中斷準備接收數(shù)據(jù)。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(fā)送相應(yīng)的短信到管理者手機上，來實現(xiàn)系統(tǒng)24小時的無人檢測。八、總結(jié)通過這次設(shè)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(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從