基于GSM短信模塊的通信機(jī)房市電油機(jī)監(jiān)測(cè)

基于GSM短信模塊的通信機(jī)房市電油機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)第2頁(yè)基于GSM短信模塊的通信機(jī)房市電油機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)目錄一、設(shè)計(jì)背景…………………4二、設(shè)計(jì)原理…………………42.1結(jié)構(gòu)圖………42.1.1GSM短信收發(fā)檢測(cè)模塊……42.1.2數(shù)據(jù)采樣模塊……………52.1.3時(shí)序圖……………………52.2理論分析……………………5三、硬件電路簡(jiǎn)介…………63.1單片機(jī)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(yuǎn)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(jiǎn)介…………………96.2接收／放送／短信中心號(hào)碼編碼…………106.3短信內(nèi)容編碼……………106.4有效時(shí)間算法……………106.5短信AT命令介紹…………10七、軟件設(shè)計(jì)……………127.1流程圖…………………127.2軟件說(shuō)明……………12八、總結(jié)…………………13一、設(shè)計(jì)背景目前手機(jī)短信息的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它已經(jīng)不僅僅作為交流信息的工具，漸漸的開(kāi)始用在工程上，如家電的遠(yuǎn)程控制、家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)、電壓的遠(yuǎn)程采集等。在通信機(jī)房中，電源是最基本的保證。市電停電后，油機(jī)又沒(méi)有發(fā)電，則與其相關(guān)的通信設(shè)備無(wú)法工作，造成癱瘓和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。如何在沒(méi)有人的情況下，實(shí)時(shí)的檢測(cè)市電和油機(jī)的電壓信號(hào)也成為本次設(shè)計(jì)的核心。主要思路是將采集到的電壓信號(hào)，通過(guò)GSM短信模塊SIM300發(fā)送到管理者手機(jī)上，以便實(shí)時(shí)了解市電與油機(jī)的工作情況，實(shí)現(xiàn)無(wú)人檢測(cè)。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(jī)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(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)采樣控制GSM模塊工作的軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程。二、設(shè)計(jì)原理2.1結(jié)構(gòu)圖GSM網(wǎng)絡(luò)2.1．1ＧＳＭ短信收發(fā)檢測(cè)模塊GSM網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集管理者手機(jī)單片機(jī)ＳＩＭ３００模塊管理者手機(jī)單片機(jī)ＳＩＭ３００模塊控制輸出控制輸出復(fù)位信號(hào)：A市電正常復(fù)位信號(hào)：A市電正常4小時(shí)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(jī)電壓發(fā)電：輸出0停機(jī)：輸出1降壓（用手機(jī)充電器即可）短信內(nèi)容：1市電正常，油機(jī)停機(jī)2市電正常，油機(jī)啟動(dòng)3市電停電，油機(jī)啟動(dòng)4市電停電，油機(jī)停機(jī)檢測(cè)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(jī)2.1.３2.2理論分析市電正常的情況下，通過(guò)采樣模塊，單片機(jī)采集到端口1為高電平信號(hào)。反之，采集到低電平信號(hào)。而油機(jī)不工作時(shí)，通過(guò)采樣模塊單片機(jī)采集到端口2為高電平信號(hào)。反之，油機(jī)工作時(shí)，采集到低電平信號(hào)。單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)兩個(gè)端口，對(duì)市電、油機(jī)的不同信號(hào)的組合，進(jìn)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(jī)大約每隔４小時(shí)對(duì)信號(hào)采集一次（即復(fù)位信號(hào)大約每隔４小時(shí)一次）。而市電停電時(shí)，單片機(jī)大約每隔一分鐘對(duì)信號(hào)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到市電和油機(jī)的工作情況。三、硬件電路簡(jiǎn)介3.1單片機(jī)原理及電路STC12C5A60S2作為普通51單片機(jī)已與廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品中，其接口簡(jiǎn)單，方便使用，且功能強(qiáng)大，因此本遠(yuǎn)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(chǔ)器技術(shù)制造的STC12C5A60S2單片機(jī)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(guò)串行端口發(fā)送出去時(shí)，字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的位。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，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(jī)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(jìn)行連接時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃暂^好。RS232接口方式連接，通過(guò)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(jiǎn)單，所涉及的芯片包括單片機(jī)STC12C5A60S23.3SIM300電路GSM手機(jī)電路由無(wú)線收發(fā)信機(jī)、基帶信號(hào)處理電路、基帶控制電路、存儲(chǔ)電路、鍵盤(pán)、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(hào)接GMSK調(diào)制方法形成I、Q信號(hào)，再調(diào)制到900MHz或1800MHz射頻信號(hào)，經(jīng)射頻開(kāi)關(guān)，由天線發(fā)射出去，收信通路將天線接收的信號(hào)經(jīng)低噪聲放大、解調(diào)，產(chǎn)生基帶I、Q信號(hào)，通過(guò)解調(diào)和均衡將模擬的I、Q信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，恢復(fù)出數(shù)字基帶信號(hào)，送基帶電路處理。射頻單元的本振信號(hào)通常從時(shí)基電路獲得基準(zhǔn)頻率，然后采用鎖相環(huán)技術(shù)實(shí)現(xiàn)頻率合成。四、GSM的SMS遠(yuǎn)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(jī)）之間，通過(guò)服務(wù)中心(ServiceCenter)進(jìn)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(chǔ)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(lái)越多的系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和系統(tǒng)開(kāi)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(lái)。以GSM網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以開(kāi)發(fā)出多種前景極其樂(lè)觀的各類(lèi)應(yīng)用，如無(wú)線數(shù)據(jù)的雙向傳送、無(wú)線遠(yuǎn)程檢測(cè)和控制等。典型的應(yīng)用有：變電站、電表、水塔、水庫(kù)或環(huán)保監(jiān)測(cè)點(diǎn)等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸和無(wú)線自動(dòng)警報(bào)；遠(yuǎn)程無(wú)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(jī)電系統(tǒng)的啟動(dòng)和關(guān)閉。由于GSM網(wǎng)絡(luò)在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，具有網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，用戶無(wú)需另外組網(wǎng)，在極大提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的同時(shí)為客戶節(jié)省了昂貴建網(wǎng)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)，它對(duì)用戶的數(shù)量也沒(méi)有限制，克服了傳統(tǒng)的專(zhuān)網(wǎng)通信系統(tǒng)投資成本大，維護(hù)費(fèi)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋上具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，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(jìn)行無(wú)線通信還具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，性能穩(wěn)定，為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送和監(jiān)控設(shè)備的通信提供了一個(gè)強(qiáng)大的支持平臺(tái)。本文的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就是根據(jù)GSM的SMS遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送功能完成其遠(yuǎn)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(dòng)臺(tái)已處于完全電路通信情況下仍可進(jìn)行短消息傳輸。GSM標(biāo)準(zhǔn)中定義的點(diǎn)-點(diǎn)短消息服務(wù)使得短消息能在移動(dòng)臺(tái)和短消息服務(wù)中心之間傳遞。一個(gè)GSM用戶發(fā)送短消息時(shí)，他必須至少在其內(nèi)容中包含最終地址的識(shí)別符，和處理這消息的服務(wù)中心號(hào)碼，然后請(qǐng)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(shí)際地址。5．2SMS組成要素SMS由幾個(gè)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(dá)用戶前SMSC需要保證的儲(chǔ)存時(shí)間），優(yōu)先性。此外，短消息還提供提交消息的時(shí)間、告訴移動(dòng)臺(tái)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(lái)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(jī)不支持）實(shí)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(jiàn)的選擇是"PCCP437","PCDN","8859-1","IRA"和"GSM".這些都通過(guò)讀取應(yīng)用程序的at-command中的AT+CSCS指定。如果你想閱讀手機(jī)上的信息，手機(jī)會(huì)為你選擇一種合適的編碼。那么一個(gè)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(jiǎn)介PDU相當(dāng)于一個(gè)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(hù)（有效）時(shí)間、數(shù)據(jù)格式、協(xié)議類(lèi)型和正文，正文長(zhǎng)度可達(dá)140字節(jié)，它們都以十六進(jìn)制表示。PDU結(jié)構(gòu)根據(jù)短消息由移動(dòng)終端發(fā)起或以移動(dòng)終端為目的而不同。當(dāng)由移動(dòng)終端發(fā)起時(shí)，PDU的格式為：SMSCPDU類(lèi)型MRDAPIDDCSVPUDLUD（0～140octed）當(dāng)以移動(dòng)終端為目的時(shí)，PDU的格式為：SMSCPDU類(lèi)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(shí)別，DCS為數(shù)據(jù)編碼，UDL為用戶數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，UD為用戶數(shù)據(jù)，VP為有效時(shí)間，MR指明是發(fā)出信息，SCTS指明短消息到達(dá)業(yè)務(wù)中心的時(shí)間。6.2接收／放送／短信中心號(hào)碼編碼如號(hào)碼位數(shù)是奇數(shù)位，末尾加“Ｆ”，并將只需將奇偶位對(duì)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(jìn)制，然后，將后面字符的位調(diào)用到前面，補(bǔ)齊前面的差別。B、UCS2編碼：將每個(gè)字符(1-2個(gè)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(shí)沒(méi)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(shí)間算法VP值短消息有效時(shí)間長(zhǎng)度0～143（VP+1）×5分鐘144～16712時(shí)+（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(xún)服務(wù)狀態(tài)測(cè)試命令A(yù)T+COPS?響應(yīng)OK注釋?zhuān)翰樵?xún)當(dāng)前服務(wù)狀態(tài)B.AT+CMGF選擇短消息格式測(cè)試命令A(yù)T+CMGF=？響應(yīng)+CMGF：（0-1）OK注釋?zhuān)篜DU或TEXT模式讀命令A(yù)T+CMGF？響應(yīng)+CMGF：1OK注釋?zhuān)篢EXT模式寫(xiě)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?zhuān)菏紫扔忻預(yù)T+CNMI=2，1，0，0，0收到新短消息。AT+CMGR=2注釋?zhuān)鹤x取錯(cuò)誤的信息+CMSERROR：321AT+CMGR=1注釋?zhuān)涸赑DU模式下。+CMGR：2，，<length><CR><LF><pdu>OKD.AT+CMGS發(fā)送短信息寫(xiě)命令A(yù)T+CMGS=<length><CR><pdu><ctrl-Z>注釋1A：ASCII碼CTRL^Z：報(bào)文結(jié)束標(biāo)志。<length>：不包括最初9個(gè)短信息元字節(jié)。注釋?zhuān)?lt;CR>Chr$(34)<ctrl-Z>chr$(26)響應(yīng)+CMGS：<mr>OK注釋?zhuān)撼晒Πl(fā)送。七、軟件設(shè)計(jì)復(fù)位7.1流程圖復(fù)位初始化檢測(cè)端口1，端口2電壓值初始化檢測(cè)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(jìn)入掉電模式進(jìn)入掉電模式 7.2軟件說(shuō)明STC12C5A60S2的程序設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編程，容易理解。開(kāi)機(jī)上電后，程序在主函數(shù)中運(yùn)行，單片機(jī)和GSM模塊分別進(jìn)行初始化。單片機(jī)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(dòng)、選擇短信格式為PDU模式、開(kāi)發(fā)串口中斷準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。同時(shí)由于手機(jī)模塊的AT命令的響影實(shí)時(shí)性要求不是很高故采用查詢(xún)串口的方法編寫(xiě)。隨后開(kāi)始檢測(cè)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(jī)上，來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)24小時(shí)的無(wú)人檢測(cè)。八、總結(jié)通過(guò)這次設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我的動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力。我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從