1、1 毕业设计开题报告 电子信息工程 基于 GSM 无线通信单片机接口的实现 一、前言 GSM(Global System for Mobile communication)系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中，应用最广泛的，且比较成熟完善的一种系统。基于 GSM 的短信息服务，是一种在移动网络上传送简短信息的无线应用， 是一种信息在移动网络上储存和转寄的过程。目前已建成的覆盖全国的 GSM 数字蜂窝移动通信网，是我国公众移动通信网的主要方式。因为公众 GSM 网络在全球范围内实现了漫游和联网，建立上述系统不用再组建 专用通信网络， 所以具有实时数据传输功能的短信应将得到迅速普及。本设计开
2、发的基于 GSM无线通信单片机接口设计系统正是借助该网络平台，利用短信息业务实现数据的自动双向传递 1。 目前中国主要的两大 GSM系统为 GSM1800 及 GSM900， 因为 采用了不同 的 频率， 所以 适用的手机也不 太 相同。不过目前大多数手机基本是双频手机，可以自由在这两个频率 段间切换。欧洲国家普遍采用的系统除 GSM900 和 GSM1800另外加入了 GSM1900，手机为三频手机。在我国随着手机市场的进一步发展，现也已出现了三频手机，即可在 GSM900、 GSM1800、 GSM1900三种频段内自由切换的手机，真正做到了一部手机可以畅游全世界 1。 早期 看来 ， G
3、SM1800 发展的时间较 晚 ，使用的较 少 ，反之 GSM900发展的时间较 早 。物理特性方面， 后 者频谱较低，波长较长，穿透力较差，但传送的距离较远，而手机发射功率较强，耗电量较大，因此待机时间较短；而 前 者的频谱较高，波长较短，穿透力佳，但传送的距离短，其手机的发射功率较小，待机时间则相应地较长 1。 通俗地讲， GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以 “分组 “的形式传送资料到用户手上。 GPRS-General Packet Radio Service， 通用无线分组业务 ，是一种基于 GSM系统的无线 分组交换技术 ，提供端到端的、广域的无线 IP连接。虽然 GPRS是
4、2 作为现有 GSM网络向 第三代移动通信 演变的过渡技术，但是它在许多方面都具有显著的优势。目前， 香港 作为第一个进行 GPRS实地测试的地区，已经取得了良好的收效 1。 由于使用了 “ 分组的 ” 技术，用户上网可以免受断线的痛苦。此外，使用 GPRS上网的方法与 WAP并不同，用 WAP上网就如在家中上网，先 “拨号连接 “，而上网后便不能同时使用该电话线，但 GPRS 就 较为优越，下载资料和通话是可以同时进行的。从技术上来说，声音的传送 (即通话 )继续使用 GSM，而数据的传送便可使用 GPRS，这样的话，就把移动电话的应用提升到一个更高的层次。而且发展 GPRS 技术也十分 “
5、经济 “，因为只须沿用现有的 GSM 网络来发展即可。 GPRS 的用途十分广泛，包括通过手机发送及接收 电子邮件 ，在互联网上浏览等 2。 另外， GSM 系统有几项重要特点：防盗拷能力佳、网络容量大、手机号码资源丰富、通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量低。紧急呼叫是 GSM系统特有的一种话音业务功 能。即使在 GSM手机 设置了限制呼出和没有插入用户识别卡（ SIM）的情况下，只要在 GSM 网覆盖的区域内，用户仅需按一个键，便可将预先设定的特殊号码（如 110、 119、 120 等）发至相应的单位（警察局、消防队、急救中心等）。这一简化的拨号方式是为在紧急时
6、刻来不及进行复杂操作而专门设计的 2。 所以，虽然说现在进入 3G时代，但是 GSM技术并没有过时，研究 GSM可以给我们学习生活带来很多方便。 二、主题 本设计基于 GSM无线通信的单片机接口实现主要设计单片机的接口。就是利用单片机通过与 GSM 短信息有关的 AT 指令 控制手机的控制技术，如读取手机的短消息内容，删除短消息内容，列出手机中还未读的短消息。下面是本系统中涉及到的硬件部分及理论知识部分： 1、 GSM 模块 目前，国内已经开始使用的 GSM 模块有 cENTEL PIML 的 2D 系列、西门子的 TC35系列、 Wavecom的 wM02 系列、爱立信的 DMl0， DM2
7、0系列、中兴的 ZXGMl8 系列等，这3 些模块的功能、用法差别不大。其中西门子的 TC35 系列模块性价比很高，并且已经有国内的无线电设备入网证。所以本系统的设计选用的是西门子 TC35 系列的 TC35i。这是西门予推出的较新的 无线模块，功能上与 TC35 兼容，设计紧凑，大大缩小了用户产品的体积。 TC35i 与 GSM 2 2+兼容、双频 (GSM900 GSMl800)、 RS 232数据口、符合 ETSI 标准 GSM07 07 和 GSM07 05，且易于升级为 GPRS 模块。 TC35i 模块同时还支持 RTS0 CTS0 的硬件握手和 XON XOFF 的软件流控制。该
8、模块集射频电路和基带予一体，向用户提供标准的 AT指令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。 其中 GSM基带信号处理器是 TC35i通讯模块的核 心部分，它的作用相当于一个协议处理器，用来处理外部系统通过串口发送过来的 AT指令。 GSM射频部分是一个单片收发器 SMARTi，射频天线部分主要实现信号的调制与解调，实现外部射频信号与内部基带处理器之间的信号转换，匹配电源为处理器以及射频部分提供所需的电源，插座是提供给用户的应用接口。 GSM模块电源 ASIC部分使用线性电压调节器把外部输入的电源电压 VBATT+进行稳压处理后供 GSM 基带处
9、理器和 GSM 射频部分使用。 SRAM 用来存储一些用户配置信息、电话本和其它信息。 TC35i的对外接口包括： RS 232接口、 语音接 121控制线接口、 SIM卡接口和电源接口。 （ 1） RS 232接口 RS一 232是美国电子工业协会正式公布的串行总线标准，也是目前最常用的串行接口标准，主要用来实现计算机与计算机之间、计算机与外设之间的数据通讯。 RS 232接 13采用 9位编码格式，其中 8个数据位， 1个停止位，没有奇偶校验位，因此单片机的串行口一般采用工作方式 l，支持的数据速率为 l15 2 300Kbps。 TC35i的数据接口采用标准的 DB9接口，通过 AT指令
10、可与单片机通讯。 （ 2）语音接口 TC35i有两个语音接口，每个接口均有模拟 麦克输入和模拟耳机输出。在本系统的设计中没有使用该通讯模块的语音功能，所以不使用该接口。 （ 3）控制线接口 控制线接口主要有指示灯、同步信号线、电源控制线等。 （ 4） SIM卡接口 4 SIM卡 (Subscriber Identity Modute)即用户识别卡，是全球通数字移动电话的一张个人资料卡。其结构主要包括：微处理器 (CPU)、程序存储器 (RAM)、数据存储器(E2PROM)以及串行通信单元。 SIM卡上的 8个触点是它的外部接口，当把它插入 MS中时，正是通过这些触点 (cI Cs)与 Ms进行
11、信息交换。 SIM卡 中存储着几组相当重要的数据，主要包括： ICCID(IntegradedCircuitCardIdentity)是集成电路卡识别，这是 SIM卡处理中心对 SIM卡进行数据处理过程中编制的流水号。 PIN(Personal Identity Number)是个人识别码，相当于 S1M卡的钥匙。 IMSl(Identifier Mobile Subscriber Identity)是国际移动用户识别码。 IMSI是全球唯一的。 RI(Random Identity)为随机识别码。是 SIM卡的鉴权密钥，用于通信系统中的 鉴权。 （ 5）电源接口 电源接口用于提供通讯模块的工
12、作电压。 TC35i的工作电压为 3|3V 5 5V。系统加电后，为使 TC35i进入工作状态，必须给 IGT加一延时大于 lOOms的低脉冲，电平下降持续时间不可超过 lms。启动后， IGT应保持高电平 (3 3V)。驱动 IGT时 TC35i供电电压不能低于 3 3V，否则 TC35i不能激活 3。 2、单片机 AT89C52 单片机选用 ATMEL公司生产的 AT89C52微处理芯片，该芯片与原有的 80C51和 80C52芯片兼容。它内带 8k字节的在线可重复编程的存储器，可对芯 片进行多次编程。并且片内还带有 256字节的 RAM，更适合处理大量数据的任务。芯片的主时钟频率达 24
13、MHz，缩短了中断响应时间，提高了程序的执行速度。由于程序存储器设计在了 MPU芯片的内部，因此在节省了空间的同时也大大提高了系统的可靠性 45. AT89C52有 40个引脚， 32个外部双向输入输出 (I O)端口，同时内含 2个外中断口， 3个 16位可编程定时计数器， 2个全双工串行通信口， 2个读写口线， AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和 Flash存储器结合在一起，特别 是可反复擦写的 Flash存储器。 (1)主要功能特性： 5 兼容 MCS 51指令系统 低功耗空闲和掉电模式 32个双向 I O口 3个 16位可编程定时计数器中断 2
14、个串行中断 2个外部中断源 2个读写中断口线 256x8bit内部 RAM 可编程 UART串行通道 时钟频率 0-24MHz 共 6个中断源 3级加密位 8k可反复擦写 (1000次 )Flash ROM 软件设置睡眠和唤醒功能 (2)引脚功能说明 67 AT89C52的 40个引脚，从功能上来看可分为下面三个部分 电源和时钟引脚 GND：接地端 Vcc；电源端 XTALl：振荡反相放大器及内部时钟发生器的输入端 XTAL2：振荡反相放大器的输出端 控制线或其他电源的复用引脚 RET：复位输入端 ALE PROG：外部扩展电路低位字节地址允许锁存和 EPROM编程输入端 PSEN：程序存储器
15、外部取指控制信号 EA/vPP外部访问允许端和 12V的编程允许电源 输入输出引脚 89 P0： 8位漏极开路双向 I O口。外接存储器时，作为扩展电路低 8位地址 6 P1： 8位具有内部提升电阻的双向 I O口 P2： 8位具有内部提升电阻的双向 I O口。外接存储器时， 作为扩展电路高 8位地址总线 P3： 8位具有内部提升电阻的双向 I O口。 P3口除了作为般的 I O口线外，更重要的用途是它的第二功能 : P3 0： RXD(串行输入口 ) P3， 1： TXD(串行输出口 ) P3 2： INT0(外部中断 O) P3 3； 1NTl(外部中断 1) P3 4： TO(定时器 0
16、外部输入 ) P3 5： T1(定时器 l外部输入 ) P3， 6； WR(外部数据存储器写选通 ) P3 7： RD(外部数据存镶器读选通 ) 3、 AT指令 目前市场上流行的大部分手机几乎都具有数据引出口接口， 而且基本上都支持与 G S M 短信有关的 A T 控制指令，手机通过数据口以串行方式接收指令并向外输出数据。理论上讲， 在数据口中找出 TXD 、 RXD和 GND 引脚与单片机的串口对应连接即完成了硬件接口。然而，在实际中因为不同的品牌，不同的型号手机的 R X D 、 T X D 和 G N D 引脚并不是完全一致， 查找这三根线很困难；而且手机数据口的电平既不是 R S 2
17、 3 2 电平， 也不是 T T L 电平， 与由 5 V 供电的单片机串口还不能直接连接。最可靠而且简单的方法是使用手机的数据线建立单片机与手机的硬件连接。手机数据线是专为连 接 PC 机 9 针串口而设计的，信号电平为标准的 RS232 电平，只要单片机的串口也转换为 R S 2 3 2 电平， 就可进行连接。 9 针串口引脚定义是固定的， 即 2 脚为 TXD(手机发送 ) ， 3 脚为 RXD( 手机接收 ) 、 5 脚为 GND。这样，无论什么型号的手机与单片机的连接就成了固定连接， 不需要知道手机数据口信号的具体定义 10。 需要大家注意的问题是：不同手机数据线内部电平转换芯片的供
18、电方式是完全不同的， 有的是通过手机直接供电；有的是通过获取 PC 机串口某些引脚的电流经内部整流滤波稳压后提供。 判断其供电方式的方法是将数据线一端插到手机数据口， 测7 量另一端 2 脚与 5 脚之间的电压， 如果有负 7 V 左右的电压， 则为前者， 如果测出电压为零或测不出电压， 则为后者， 对于后者则要求单片机为 4 、 6 、 7 、 8 引脚任意一引脚提供正 5V 的电压即可 11 12。 因为汉字的短信息显示涉及到 Unicode 码和 GB中文字型码之间的转换问题 , 因此最大的缺陷 : 只能发送 , 而不能接收显示带有汉字的短信息。关于这点有两种解决的办法 : 建立两个对应
19、汉字表 , 通过解析出 PUD 码中的汉字 Unicode 码 , 再经过查表对照法 , 查出 GB- 2312 码送到液晶显示中。使用的液晶显示模块能支持自定义的汉字字库 , 直接把 Unicode码汉字字型烧录到模块中 , 即可将解析出的 PUD 码直接送出显示 13。 执行一条指令，也不是那么简单。在实际中，指令的执行过程需要单片机与手机交互应答完成，每一次发送或接收的字节数有严格的规定，二者必须依据这些规定实现数据交换， 否则，通信不能完成的。对几个问题说明如下： 单片机控制手机工作，必须把手机的短信息工作模式设置为 P D U 格式。 所有 AT 指令的指令符号 、常数、 PDU 数
20、据包等都是以 ASCII 编码形式传送的， 比如“ A ”的 ASCII 编码为 41H，“ T”的 ASCII 编码为 54H，数字“ 0”的 ASCII编码为 30H 等。 手机向单片机传送短信息内容时，其 PDU数据包的内容是以十六进制表示的数据， 但并不是直接向单片机传递十六进制数据，而仍然是把每一位十六进制数以 A SCII编码来发送。这样，二个字节的十六进制数就变成 4 字节的 ASCII 码。但是， PDU 数据包中的数据字节长度部分仍然是实际字节长度，而不是变成 ASCII码的字节长度， 这在编程时应 特别注意，否则，接收的数据就不完整。单片机接收到 PDU 数据包数据后，必须
21、将其恢复成十六进制数据， 其算法如下：设 a为接收的 ASCII码， b为转换后的十六进制数。如果 a 39H，则 b a 30H ；如果 a 39H，则 b a 3 0H 07 H，最后把前后两个数合并为一个字节。 当手机接收到一条完整的 A T 指令后， 手机并不立即执行这条指令， 而是先把刚才接收到的 A T 指令的全部 ASCII 编码序列全部反发送出来 (含 0DH)，然后发送一个回车符和换行符的 ASCII 编码，即 0DH 和 0AH ，最后执行该条指令。 单片机向手机发送一条指令后，必须以回车符作为该条指令的结束标志，回8 车的 ASCII 编码为 0DH。例如，单片机向手机发
22、送“ AT+CMGF=0” 这条指令，其 ASCII编码序列为“ 41H、 54H、 2BH、 42H、 4DH、 47H、 46H、 3DH、 3 0 H、 0 D H”，最后一个字节 0DH 就是回车符， 表示该条指令结束， 假如没有这个回车符， 手机将不识别这条指令。 手机向单片机应答的 P D U 数据包的字节数不包括前 9个 字节数据，但向单片机传送 PDU 数据包时，包括这 9 个字节的 数据 14。 三、总结 该论文主要阐述 GSM发短信的基本概念以，并详细的介绍单片机控制 GSM模块工作的软件实现过程，对怎样用单片机控制 GSM模块收发短信进行探讨。通过这个设计之后，我认为可以
23、做很多有用的项目，比如高速公路显示导引系统，装在高速公路上的LED显示屏实时显示前方路段车辆通行态势和天气气候情况，提醒并引导驾驶人员，正确驾驶。该系统的使用一定程度上消除了许多交通事故隐患，从而保障了道路的畅通和人民生命财产的安全。该系统由控制中心和若干个显示屏组成。控制中心实时将最新信息发送到各显示屏。构建控制中 心与显示终端的通信链路，传统的方法要么铺设光缆用有线方式实现，要么构建专用无线网用无线方式实现。因为高速公路的特殊性，控制中心与显示终端之间的距离通常很远， 两种方案都必须投入大量资金和巨大的施工工作量。如果采用 GSM传输网络，控制中心以短信息的形式把显示信息发送到显示终端的技
24、术方案，则具有投资小，施工方便，工作可靠，运行费用低等诸多优点 15。 四、参考文献 1 沈兆军，毛敏 .利用 GSM 短信息业务实现智能家居 J.微计算机信息 ,2006 2 员天佑，谢阅 .基于 GSM 的远程住宅智能监控系 统的设计与实现 J.微计算机信息 ,2006 3 周明德 .微型计算机系统原理及应用 ,清华大学出版社 ,2007 4周兴华 .单片机 C语言高级程序设计 ,中国电力出版社 ,2008 5 薛栋梁 .单片机原理与应用 M.北京：水利水电出版社， 2001 6 李鸿 .用单片机控制手机收发短信息 .电子技术应用， 2002 9 7 张毅刚 .单片机原理及应用 ,高等教育
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