1、 本科毕业设计 （ 20 届） 基于短信控制的设施农业自动卷毡系统的硬件设计 所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘 要 随着通信技术的 飞速发展，手机作为一种便捷的通讯工具，正日益进入人们的生活当中。起初基本的手机通讯功能如 通话、上网、收发短信现已满足不了我们对手机功能的应用。手机作为一个控制终端应用 ， 本系统提供了一个用手机以短信息形式与单片机交互信息的控制开关系统，实现对设施农业的自动卷毡控制。在本系统中用户以手机短信的形式将控制命令加上目的地址发送至短消息中心，再由短消息中心转发到 GSM 无线数传模块中，通过 GSM 模块与单片机的
2、通信，单片机以 PDU 编码的形式实现数据的读取或写入，根据用户指令实现对控制目标的控制。 论述了基于单片机的手机短信远程控制系统在设施农业自动卷毡系统中的应用。设计中主要采用单片机控制和无线 GSM 短信模 块。文章包括：单片机控制电路设计、短信息收发等几部分。 单片机控制系统主要完成发送、接收数据、解释短消息，并实现对各个控制终端的控制。 关键词： 短消息；设施农业；单片机；无线 GSM 短信模块 Abstract With the rapid development of communication technology, mobile phone as a convenient com
3、munication tool, is increasingly entering peoples lives.At first the basic communication functions such as cell phone calls, Internet access, send and receive text messages on mobile phones now can not satisfy the function of our application.Phone as a control terminal application, the system provid
4、es a form of short message using a mobile phone to interact with information and SCM control switch system, and automatic volume of facilities, felt the control of agriculture.In this system, users in the form of SMS control command with the destination address will be sent to short message center,
5、then forwarded to the GSM short message center wireless module, through GSM communication module and the microcontroller, the microcontroller PDU encoding form of data read or write, according to the user instructions to achieve the control objectives of the control. This article discusses the micro
6、controller-based SMS facility remote control system in the volume of agricultural automatic carpet system.Design mainly uses SCM control system, wireless GSM module.This article mainly includes: microprocessor control circuit design, how to send and receive text messages and other parts. Mainly to c
7、omplete single chip control system to send, receive data to explain the short message, and to achieve the control of each control terminal. Key Words: SMS;Agricultural facilities;MCU;Wireless GSM SMS Module目 录 1 绪论 . 1 1.1 选题背景 . 1 1.2 课题的研究现状及发展方向 . 2 1.3 短消息服务的特点、应用领域及发展方向 . 3 1.3.1 短消息服务概论 . 3 1.
8、3.3 短消息服务的通信过程 . 4 1.3.4 短消息服务 的特点 . 4 1.4 课题研究的主要内容和目标 . 5 2 基于短信控制的设施农业自动卷毡系统的总体 方案设计 . 6 2.1 本系统设计思想 . 6 2.2 本系统硬件组成 . 6 2.3 TC35I 模块 . 7 2.4 AT89C52 单片机简介 . 9 3 系统模块设计 . 12 3.1 无线接收模块 . 12 3.1.1 TC35i 主要的短消息 GSM AT 指令 . 12 3.1.2 电路设计 . 13 3.2 解码模块 . 16 3.3 单片机控制模块 . 16 4 软件设计 . 18 5 系统调试和改进 . 20
9、 5 1 系统调试 . 20 5.2 系统的改进和展望 . 20 致 谢 .错误 !未定义书签。 参考文献 . 21 附录 1 实验原理图 . 23 附录 2 毕业设计作品说明书 . 24 1 绪论 1.1 选题背景 随着社会生产力的发展和经济的繁荣，传统的定点间通信 (如电报、有线电话等 )已远远不能满足人们日常生活的需要。人们开始追求在任何时间、地点都可以与任何地点的任何人进行实时通信 1。移动通信技术是在这种追求中发展起来的现代通信技术，它有着广泛的应用领域。目前，移动通信几乎集中了当前最新科学技术成就，是有线 /无线通信、计算机、微电子器件等各种技术构成的高技术密集型系统工程 2。短消
10、息业务 (SMS)作为 GSM(Global System for Mobile Communication)网络的一种基本业务，以其连接简单、费用低廉、覆盖范围广、实现方便等优点得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于短消息业务的各种应用也蓬勃发展起来。短消息业务与语音及传真是 GSM 网络提供的主要电信业务，它通过无线控制信道进行传输，经短消息中心完成存储和转发功能，每条短消息的信息量为 140bit。在短消息的可靠传递基础上， GSM 专业调制解调器的出现给 GSM 的发展注入了新的活力，它改变了传统的以语音为主要的通信手段，使 GSM 网络数据通信得到广泛的应用。目前市场上提供
11、的 GSM 调制解调器和模 块提供了 RS232 标准数据接口，采用 AT 指令控制，符合 ETSI 标准 GSM0707和 GSM0705。基于这种技术，以 GSM 网络作为无线传输平台可以开发出多种应用领域 3。 设施农业 16是现代农业的显著标志，促进设施农业发展是实现农业现代化的重要任务。设施农业的快速发展，为有效保障我国蔬菜、肉蛋奶等农产品季节性均衡供应， 改善城乡居民生活发挥了十分重要的作用 。将短信控制很好地应用在设施农业产生的作用是巨大的。近年来新疆哈密部分棉田安装了综合自动化控制管理系统。棉农通过手机短信就能向控制服务器发送相应指令， 从而完成棉田的浇水、施肥、病虫害防治等工
12、作。 随着手机的普及，以手机为控制终端，以手机短信 (SMS)的形式借助 GSM网络来搭建与单片机的远程交互平台 13显得很有意义，具有易携带、实用简单方便、网络覆盖面广、资费低廉等突出优点。将手机短信 (SMS)无线传输数据的优点与单片机强大的控制功能相结合，建立一个基于单片机的手机短信远程监控系统，在经济高速发展的今天将会有广阔的应用前景。 本系统将单片机控制与手机短信相结合，实现了手机对单片机的远程控制、状态查询、信息采集及单片机给手机的信息发送、触发报告等功能，关 键是搭建了一套远程交互系统。可以根据具体情况很方便的实现功能的扩展。本系统主要有两个特点：一是搭建的是一个以单片机这一通用
13、控制装置为基础的系统平台，控制核心技术成熟、质量安全可靠。二是利用了手机短信作为媒介，使用方便、使用区域覆盖面广、资费较便宜。因此，在生产生活中都有很大的应用空间，如智能家居、汽车防盗、商场、自动售货机、厂矿、水文气象站等。在此系统的基础上，还可以针对客户的需求提供整体解决方案，实现更加人性化、更符合使用环境的功能。 1.2 课题的研究现状及发展方向 自从 1992 年第一部 TACS 移动电话在 我国出现以来 17，移动电话以惊人的速度发展，到 1998 年底，全国移动用户己突破了 2000 万，而 2000 年己达到 8000万，而 2004 年已经达到 2 亿，平均年增长率达到了 50
14、100。同时，用户迅速地增长促使我国 GSM 网络的规模也以一种前所未有的速度迅猛发展 4。在2002 年我国已经成为世界上第一大移动通信网。 在传统的无线检测与控制系统中，几乎都是利用电台来完成数据和控制指令的发送与接收。由于数传电台自身固有的弱点如传输距离短 (最多 30 50km)、调试与维护复杂、运营费用高、频道资源短缺、长期运行 的稳定性、可靠性、通用性不能保证等等，制约了无线测控系统在工程中的应用范围和应用的灵活性。因此，目前的监控系统中，对于偏僻地区、远距离、大范围一类的越界报警 12，普遍面临着监控范围难以满足要求、信号传送和处理要求高、造价昂贵等诸多困难。 在国外 , 手机短
15、信多用于农业生产测控方面 , 如农场的灌溉管理系统、农情监测系统、畜禽电子鉴定等。近年 ,我国也已展开了手机短信在数据采集、监测等农业生产中的科学研究。但目前主要应用于农业信息服务。 鉴于短消息服务在设施农业应用的发展现状及相关技术， 考虑到 GSM 网络的普及性 及巨大应用潜力，扩大 GSM 网络的非话音增值业务，本设计以 GSM 网络作为数据无线传输网络，开发了基于短信服务的设施农业的无线远程启动和关闭控制系统。其突出特点是：操作简单和系统扩展灵活方便。 1.3 短消息服务的特点、应用领域及发展方向 1.3.1 短消息服务概论 短消息服务 (Short Message Service)5是
16、 GSM 数字移动通信系统提供给用户的一种补充数字业务，它通过无线控制信道进行传输，允许 GSM 的手机和基站在传送正常语音业务时，经短信业务中心完成存储和转发功能，每个短信的信息量限制为 140 个八位组。在 GSM 系统中，短信业务是唯一不需要建立端到端路径的业务：即使移动台己处于电路通信状态，短信传输仍然可以进行。 GSM 短信业务以数字蜂窝终端发送和 /或接收字母数字消息的能力为基础，与普通的寻呼业务不同的是， GSM 短信的传递是有保证的。即使一个目的蜂窝终端不可达 (比如关机或不在服务区内 )，网络也会保留发送给它的消息并当蜂窝终端又出现在网络之中时进行传递。短信可以分为两类：小区
17、广播消息 (SMS-CB)和点到点消息(SMS-PP)。在点到点短信服务中，消息可以从一个移动台或一个 PC 到一个移动台，或者 相反。这些消息由短信中心 (SMSC)来保存，并在可以传递时转发消息。每个 GSM 网络必须支持一个或多个 SMSC 对消息进行分类和确定路由。 1.3.2 短消息服务的网络结构和过程 SMS 网络结构的主要部分见图 1-19。 图 1-1 SMS 网络结构 短消息服务中心 短信业务一网关移动交换中 心 /短信业 务一互连移动交换中心 移动交换中心 基站信台 归属位置寄存器 拜访位置寄存器 在确定一个移动台总结短消息的路由时， SMSC 把短信发送到短信业务 /网关
18、移动交换中心 (SMS GMSC)。 SMS GMSC 向目的移动台的归属位置寄存器询问路由信息并把信息发送到合适的移动交换中心 (MSC)，由该 MSC 把消息发给目 的移动台。相反，当确定一个移动台发起的短消息路由时，移动台根据全球称谓(Global Title)寻址到需要的 SMSC。如果是在外漫游，被访问的移动网把短消息路由到合适的短信业务 /互连移动交换中心 (SMS IWMSC)。 SMSC 用加时间戳的方法来唯一地标识每条短信。短信到达 SMSC 的时间精确到秒， SMSC 必须确保给在同一秒内到达的两个或更多短信赋予不同的时间戳。 1.3.3 短消息服务的通信过程 GSM 标准
19、 15为短信的传输提供了协议和信道的保证，在任何时候，无论语音和数据通信是否正在进行，具有 SMS 功能的 GSM 手机或通信模块都可以发送或接收短信的协议数据包 (PDU)。在短信业务中，短信的传输有发送移动台 (MO)和接收移动台 (MT)。发送台将短信传送到短信服务中心 (SMSC)。由其寻找到接收台并将短信转发；如果接收台未联系上 (关机或在网络覆盖范围之外 )，短信即被存入存储器；接收台一旦连通， SMSC 立即启动重发。在接收台长时间未反应超过存储有效时间时，短信即被删除。总之，短信总是由 SMSC 进行存储、转发和重发的，短信传输只与移动台和 SMSC 有关，系统认为移动台起始短
20、信传输与移动台终结短信传输是两回事， 即系统把起始和终结彼此独立。因此，系统定义了两种基本业务：移动台发送的短信业务 (SM-MO)和移动台接收的短信业务 (SM-MT)。 1.3.4 短消息服务的特点 1. 覆盖范围广。使用 GSM 网络，一般无须担心死角、盲区等问题 11，这是目前任何一种无线网络所不能相比的。 2数据收发速度较快。其收发数据的速度基本可以和无线类传输电台相比拟；且分控点越多，其收发速度和无线数据传输电台收发速度越接近。 3安全性好。与无线数据传输电台相比，由于其频点较高，故其天线很小 (3 10cm)，便于隐 蔽，不易破坏，监控中心也不需要架设铁塔和天线，而无线数据电台的
21、天线通常要 5 米以上，且架设高度也比较高，一般情况下监控中心需要架设铁塔。 4可实现远程移动维护和漫游维护。由于短信服务支持漫游功能，从而可以实现移动维护和漫游维护，即使远在外地也可以对系统进行监控，且通信费用不变。 5抗干扰能力强。由于 GSM 频点很高，所以抗雷电干扰的性能很好，雷雨天气对通信基本没有影响。 6信息不丢失。一旦 GSM MODEM 暂时和网络失去联系，信息会保存在网络服务中心，一旦信号连通后会立即发给 GSM MODEM。 1.4 课 题研究的主要内容和目标 为了研发基于短信方式的 GSM 网络自动 控制 系统，需要完成下面的研发工作： (1)为了能通过短信的方式 控制设
22、施农业的开关 ，研发的系统必须有 无线接收系统、解码系统和单片机控制系统 组成， 无线接收系统和单片机控制系统 之间的数据交互方式通过短信完成。 (2)开发一个可以 控制设施农业自动卷毡的控制 终端，同时 将以短信的方式反馈设施农业的开关状态 。 (3)为了能够通过短信的方式完 成无线接收系统和单片机控制 的数据交互，必须在移动短信服务的基础上，设计一个完善的通信协议，完成本系统的数据交互 8。 研究 目标：由 TC35i 模块和 单片机 机为核心组成中心站系统，由 TC35i 模块和 AT89C52单片机以及 无线 收发装置组成 控制 系统，利用 GSM公网的短信息业务，实现中心站和 控制
23、站之间的远程通讯，最终开发出一套性能稳定、功能完善的自动 控制 和 反馈 系 统 。 论文分为六个部分详细介绍了课题的研究内容，第一部分介绍了 GSM 移动电话系统及其 SMS 短信业务 ； 第二部分介绍 控制 系统的设计思想和原理；第三部分为系统的电路设计和硬件 ； 第四部分介绍了 TC35i 模块 和 AT89C52 的结构和功能特点；第五部分是系统的软件和编程实现；第六部分 制作和 调试 。最后对论文作了总结，指出了 系统 存在的不足之处。 2 基于短信控制的设施农业自动卷毡系统的总体方案设计 2.1 本系统设计思想 由于单片机控制系统 6具有稳定可靠、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方
24、便优点，因此它作为一种高性能的控制装置，在分布式系统中得到了来越广泛的应用。短消息服务业务作为 GSM 网络的一种基本业务，己得到越来越多系统开发商的重视。基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来，以手机为控制器，以手机短信 (SMS)的形式借助 GSM 网络来搭建与单片机的远程交互平台显得很有意义，它不管监管人员身处何处 ，不用拨号建立连接，不用铺设数据专线，直接把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心，由短消息服务中心再发给最终的信宿，具有易携带、实用简单方便、网络覆盖面广、资费低廉等突出优点。本系统实现了用户以手机发送短信息的形式，通过 GSM 模块与单片机控制系统的数据通讯，调用相应的控制程序来实现控制目标的开关控制和状态查询等功能，在生产生活中都有很大的应用空间，如智能家居、汽车防盗、农业环境远程监控、自动灌溉系统、水文气象站等。 2.2 本系统硬件组成 本系统的硬件组成部分主要由 AT89C52 单片机 、 GSM 短信息模块 、 SIM 卡、放大器及继电器 组成 ，见图 2-1。无线接收系统 由 SIM 卡和 TC35i 组成； 解码系统 和 单片机控制系统 。
