基于GSM技术的无线数据传输模块设计.pdf

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1、w。警譬总线与印!夤_文章编号：1 0 0 1 9 9 4 4(2 0 1 0)11-0 0 3 1-0 4基于GS M 技术的无线数据传输模块设计董殿永，周根荣，姜平1，左小峰1，肖红升2(1 南通大学电气工程学院，南通2 2 6 0 1 9；2 江苏桑夏太阳能产业有限公司，南通2 2 6 3 0 1)摘要：为实现对控制设备的远程监控，方便管理人员对控制设备的远程控制和及时了解故障信息设计了一款基于G S M 技术的短信息无线数据传榆模块。模块以华为的G S M 模块G T M 9 0 0 C和高性能M C S 一5 1 单片机为核心。通过电平转换电路使两者电平相互匹配稳定的进行数据通信。文

2、章介绍了无线数据传输模块的硬件结构以及硬件电路设计，给出了短信息的编码和解码内容。所设计的模块抗干扰性能强。运行平稳成功应用在太阳能集热工程项目中。关键词：全球移动通讯系统；短信息；无线传输；远程控制中图分类号：T P 2 7 3文献标志码：BD e s i g no fW i r e l e s sD a t aT r a n s m i s s i o nM o d u l eB a s e dO HG S MT e c h n o l o g yD O N GD i a n y o n 9 1，Z H O UG e n-r o n 9 1，J I A N GP i n 9 1，Z U O

3、X i a o f e n 9 1，X I A OH o n g s h e n 9 2(1 C o H e g eo fE l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g，N a n t o n gU n i v e r s i t y，N a n t o n g2 2 6 0 1 9，C h i n a；2 J i a n g s uS u n s h o r eS o l a rE n e r g yI n d u s t r y C o，L t d，N a n t o n g2 2 6 3 0 1，C h i n a)A b s t r a c t：T o

4、a c h i e v et h er e m o t em o n i t o r i n go fc o n t r o ld e v i c e，f a c i l i t a t et h em a n a g e m e n tt or e m o t ec o n t r o lo ft h ec o n t r o ld e v i c ea n dk n o wa b o u tf a u l ti n f o r m a t i o nt i m e l y d e s i g n e daw i r e l e s st r a n s m i s s i o nm o d

5、 u l eb a s e do nt h es h o r tm e s s a g eo fG S Mt e c h n i q u e M o d u l et oH u a w e i sG S Mm o d u l e sG T M 9 0 0 Ca n dh i g h-p e r f o r m a n c eM C S-5 1M C Ua st h eC O r e，t h r o u g ht h el e v dc o n v e f l e rc i r c u i tt om a k et h et w om a t c he a c hl e v e la n dd

6、a t ae x c h a n g es t a b l e l y T h i sp a p e ri n t r o d u c e sh a r d w a r es t r u c t u r ea n dh a r d w a r ec i r c u i td e s i g no fw i r e l e s sd a t at r a n s m i s s i o nm o d u l e，g i v e nt h es h o r tm e s s a g ee n c o d i n ga n dd e c o d i n gc o n t e n LA n t i-j

7、 a m m i n gp e r f o r m a n c eo ft h ed e s i g n e dm o d u l e，s m o o t hr u n n i n g，s u c c e s s f u l l ya p p l i e dt Os o l a re o l l e c t O re n g i n e e r i n go fp r o j e c t s K e yw o r d s：g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s(G S M)；s h o r tm e s

8、 s a g e；w i r e l e s st r a n s m i s s i o n；r e m o t ec o n t r o l近年来远程监控技术备受关注尤其在远程控制和远程故障诊断领域得到了广泛的应用。目前使用较多的是基于I n t e r n e t、P S T N 公用电话网或者现场总线网络的有线数据传输方式。但最近几年。随着数字无线通信技术的成熟特别是G S M G P R S C D M A 公用网络的完善远程监控技术进入一个新的发展阶段。本文即为基于G S M 技术的短信息无线数据传输模块的设计。G S M 是第二代移动通信技术使用的是时分多址的变体并且它是目前三种

9、数字无线电话技术(T D M A、G S M 和C D M A)中使用最为广泛的一种。短信息服务S M S(s h o r tm e s s a g i n gs e r v i c e)作为G S M 网络的一种基本业务，已经得到越来越多的重视基于短信息的远程无线通信技术在远程控制和故障诊断方面发挥重要的作用。本文基于华为的G T M 9 0 0 C 模块和M C S 一5 1 单片机设计一款无线数据传输模块。模块支持以透明模式和标收稿日期：2 0 1 0 0 7 1 2：修订日期：2 0 1 0 0 7 2 0基金项目：江苏省科技成果转化专项资金项目(B A 2 0 0 9 0 8 6)；

10、南通大学研究生科技创新项目(Y K C 0 9 0 1 3)；江苏省2 0 0 6 年度“青蓝丁程”资助项目(苏教师【2 0 0 7 1 2 号)。作者简介：董殿永(1 9 8 4 一)。男。硕士研究生，研究方向为智能检测与控制技术；姜平(1 9 6 2 一)，男，教授，研究方向为智能检测与智能控制技术。自动化与仪表2 0 1 0(1 1)团万方数据逮终与网络准的国标码输人输出可以广泛应用于远程监控和嵌入式系统中。所研制的数据传输模块已成功应用在江苏桑夏太阳能产业有限公司的太阳能集热工程中。1硬件设计1 1硬件总体结构设计模块总体硬件结构图如图1 所示。单片机为基于M C S 一5 1 内核的

11、高性能s T C 公司的单片机S T C l 2 C 5 A 6 0 S 2：拥有6 0 K 的R O M，1 2 8 0 B y t e 的R A M 2 个独立串1 3 指令执行速度为普通M C S 一5 1单片机的l O 倍左右。程序中需要集成U n i c o d e 码和G B 2 3 1 2 码所以选择大容量的程序存储器。两个串1 2 1 中串口2 与G S M 模块通信，串口1 为模块与其它控制仪器没备的通信口。本模块实现数据的透明模式传输即串1 31 接收A S C I I 码和G B 2 3 1 2 码并经过单片机编码后以短信息形式发送出去：同时接收短信息并经过单片机解码后以

12、A S C I I 码和G B 2 3 1 2 码从串口l 输出。G S M 模块为华为的G T M 9 0 0 C 供电电压3 8 V，I O 口的逻辑电平为2 8 5 V 所以单片机和G T M 9 0 0 C 之间的硬件接口必须经过电平转换。本设计G T M 9 0 0 C 模块中所用引脚的连接情况如表1 所示。R S 2 3 2 串几II 指示灯U A R T l茁盛P I 0彬L T X D 2L P GC DR S TG S MD A T A 模块P W O NT X D图1 硬件结构图F i g 1H a r d w a r es t r u c t u r e表1G T M 9

13、 0 0 C 引脚连接情况T a b 1P i nc o n n e c t i o n so fG T M 9 0 0 C1 2 电平转换电路设计本文所涉及到的电压有1 2 V，5 V，3 8 V，2 8 5 V，囵其中1 2 V 为供电电源5 V 为单片机电源，3 8 V 为G T M 9 0 0 C 电源2 8 5 V 为G T M 9 0 0 C 的I O1 3 逻辑电平。其中通过7 8 0 5 稳压电源得到单片机5 V 电源；可调稳压电源L M 2 9 4 l 得G T M 9 0 0 C 模块电源3 8 V。由于单片机的I，o 口的逻辑电平为5 V，和G T M 9 0 0 C 的

14、I O 口2 8 5 V 的逻辑电平不匹配，所以必须经过电平转化才能实现两者的硬件接1 5 I。所选用的电平：苎：片为S N 7 4 L V C 7 4 0 7 A 其工作电压为2 8 5 V。S N 7 4 L V C 7 4 0 7 A 是集电极开路输出。通过上拉电阻并按不同的电压可实现两个方向的电平转换。其原理图如图2 所示。当输出接到单片机时，其上拉到5 V 的电压(图a)，当输出接到G T M 9 0 0 C 时，其上托到2 8 5 V 的电压(图b)。S N 7 4 L V C 7 4 0 7 AS N 7 4 L V C 7 4 0 7 A(a)G T M M C U(b)M C

15、 U-G T M图2 电平转换电路F i g 2L e v e lc o n v e r t e rc i r c u i t图3 为指示灯电路当启动G T M 9 0 0 C 模块口后。模块开始搜索网络，此时L P G 引脚输出周期为l s，高电平为1 0 0 m s 的方波；当搜索网络成功后，L P G 引脚输出周期为3 s，高电平为l O O m s 的方波。图3 信号指示灯电路F i g 3S i g n a ll i g h tc i r c u i t2 短信息的编码和解码目前短消息模式常用T e x t 和P D U 协议数据：f f-(p r o t o c o ld a t

16、au n i t)模式。使用T e x t 模式收发短信代码简单，实现起来比较容易，但最大的缺点是笆孤万方数据不能收发中文短信：而P D U 模式不仅支持英文短信，也能发送中文短信【2】。P D U 模式收发短信可以使用3 种编码方式：(1)7-b i t 编码用于发送普通的A S C I I 字符；(2)8 一b i t 编码通常用于发送数据消息；(3)U C S 2 编码(1 6 位)用于发送U n i c o d e 字符f 3】。为了支持中文短信本系统采用P D U 编码模式，和短信息相关的A T 指令如表2 所示。表2 短信息相关的A T 指令T a b 2S M S r o l a

17、 t e dA Tc o m m a n d sA T 指令指令作用A T+C M G FA T+C M G L j r+C M G RA T+C M G SA T+C N M IA T+C M G DA T+C R E GA 1 T E选择短消息格式列出S I M 卡中的短消息读短消息发送短消息显示新收到的短消息删除S I M 卡内的短消息测试联网情况戈闭回显2 1 短信息编码下面就发送与接收P D U 格式的短信各举一例：对方号码是1 5 0 0 6 2 8 0 8 2 1。消息内容是“成功”。第一步：A T+C M G S=1 9(1 5+字符数2)第二步：收到：(发送第三部分代码前延时

18、不能超过2 s)：第三步：发送：0 0 11 0 0 0 D 9 1 6 8 5 1 0 0 2 6 0 8 2 8 F 1 0 0 08 0 0 0 4 6 210 5 2 9 F；第四步：给结束符1 A(1 6 进制数)；代码的具体含义如表3 所示。表3 发送短信编码内容T a b 3C o n t e n to fr e c e i v eS M Sc o d e代码内容解释o o l l o o0 D 9 1 6 8 5 1 0 0 2 6 0 8 2 8 F 10 0 0 8 0 00 46 2 1 0 5 2 9 F0 0 11-文件头字节0 0 一短息数据类型号1 5 0 0 6

19、 2 8 0 8 2 l0 8 一编码方式为U C S 2内容长度(1 6 进制)短信内容“成功”的U n i c o d e 码2 2 短信息解码接收短信息：S M S C 号码是+8 6 1 3 8 0 0 5 1 3 5 0 0 对方号码是1 5 0 0 6 2 8 0 8 2 0 消息内容是“中国”。第一步：收到短信息通知：+C M T I：“S M”槲(#表示短信息在S I M 卡中的存储位置)第二步：给读短信息命令：A T+C M G R=槲自动化与仪表2 0 1 0(1 1)第三步：收到：0 8 9 1 6 8 3 1 0 8 5 0 3 1 0 5 F 0 11 0 0 0 D

20、 9 16 8 5 1 0 0 2 6 0 8 2 8 F 1 0 0 0 8 0 1 4 0 7 2 8 0 11 4 3 2 3 0 4 4 E 2 D 5 6 F D代码的具体含义如表4 所示。表4 发送短信代码内容T a b 4C o n t e n to fs e n dS M Sc o d e代码内容解释0 8 9 1 6 8 3 1 0 8 5 0 3 1 0 5 I 的1 1 0 00 D 9 1 6 8 5 1 0 0 2 6 0 8 2 8 F 10()0 80 1 4(y 7 2 8 0 l1 4 3 2 30 44 E 2 D 5 6 F D短信息巾心号码1 3 8 0

21、 0 5 1 3 5 0 0U 一文件头字节0 0 一短信息数据类型对方号1 5 0 0 6 2 8 0 8 2 l0 8 一编码方式为U C S 2时间戳：2 0 l O，0 4 佗70 8：1 l：3 4短信息内容长度(1 6 进制)内容“巾国”的U n i c o d e 码3 单片机软件设计单片机软件的功能主要包括：(1)通过A T 指令设定G T M 9 0 0 C；(2)在F L A S H 程序存储器中集成U n i c o d e 码和G B 2 3 1 2 码；(3)把信息编码并通过串口发给G T M 9 0 0 C；(4)解析从G T M 9 0 0 C 接收的代码串。主程

22、序的流程框图如图4 所示。2 个串口初始化参数为：9 6 0 0，8，N，l。G T M 9 0 0 C 的初始化包括如下指令：(1)A T E，关闭回显；(2)A T+C M G F=O，设定为P D U 格式；(3)A T+C N M I：2。1，收到短信息保存并给通知；(4)A T+C M G D=1，4 删除卡中所有短信息。(所有的A T 指令后都要加上回车换行符，1 6 进制的0 D 0 A)图4 主程序流程图F i g 2F l o wc h a r to fm a i np r o g r a m3 1 集成汉字库接收的短信息内容为U n i c o d e 码为了输出标四万方数

23、据准的G B 2 3 1 2 码所以在F L A S H 程序存储器中集成G B 2 3 1 2 码。集成的代码如下：u n s i g n e dc h a rc o d et a b _ u n i c o d e _ g b =0 x 0 0，0 x A 4，0 x A l，0 x E 8，0 x 0 0，0 x A 7，0 x A l，0 x E C，0 x F F，0 x E 5，0 x A 3，0 x A 4 ；一共集成了7 4 4 5 个汉字。前2 个字节为一个U n i c o d e 码。后2 个字节为一个G B 2 3 1 2 码并且U n i c o d e 码是按从小到

24、大排列o 把所有U n i c o d e 码分成1 0 段，用1 0 个指针指向每一段的第一个字节在每一段中采朋2 分法查找这样大大的缩短了查找时间。3 27 位编码解析短信息一般都是7 位或者U C S 2 编码U C S 2 编码也就是1 6 位的编码。传输普通的A S C I I 码字符采用7 位编码。发送中文字符采崩1 6 位编码。发送普通的A S C I I 字符时通常把一串7 位的A S C I I 码编组成8 位传输码。所以一条短信息最多发送1 6 0 个普通的A S C I I 字符发送一条中文短信息最多7 0 个字符。当发送一条中文字符和A S C I I 字符混合的短信息

25、时，A S C I I 字符会进行1 6 位编码即高8 位补0。下面对普通的7 位A S C I I 字符编码成8 位编码进行举例如表5 所示。表5 编码过程T a b 5C o d i n gp r o c e s s同样当接收到7 位编码的短信息时需要将其解码，解码的过程是编码的逆向过程，这里不再赘述。下面给出具体7 位A S C I I 码编组成8 位传输码的C 语言程序。7 b i tP D U 编码=p S r c：源字符串指针p D s t：目标编码串指针n S t r L e n：源字符串长度返回：目标编码串长度i n tg s m c o d e _ 7 b i t(c o n

26、 s tc h a rc h a r 木p D s t，i n tn S t r L e n)田木p S r c。u n s i g n e di n tn S r c：源字符串计数i n tn D s t：目标编码串计数i n tn C h a r：当前组内字符字节的序号u n s i g n e dc h a rn L e f l；，上一字节残余n S r c=0：计数值初始化n D s t=0：w h i l e(n S r c n S t r L e n)将源串每8 个字节压缩成7 个字节n C h a r=n S r c&7：i f(n C h a r=0)n L e f t=木p

27、S r c；e l s e 组内其它字节与残余数据相加得到一个目标编码字节木p D s t=(术p S r e n C h a r；修改目标串的指针和计数值p D s t+；n D s t+；p S r c+；n S r c+；，修改源串的指针和计数值r e t u r nn D s t：返回目标串长度4 结语基于G S M 短消息的无线数据传输模块在传输数据量少。工作环境比较恶劣时效性要求不是很高的场合非常适用。本模块已在太阳能集热远程监控项目中得到成功应用并取得良好的效果。其还可以应用于其他嵌入式远程监控系统中。例如环境状况监测、路灯控制、家具智能监控、设备故障远程诊断等等。参考文献：1

28、周国祥，周俊，刘成良，J a yL e e 基于G S M 的远程通信控制器研制及其应用 J 计算机工程2 0 0 5，1 0(1)：1 2 1 9 2】邓振杰，齐建玲。李志红基于G S M 远程监控系统的设计 J 微计算机信息，2 0 0 7，6(1)：2 3 2 9 3 傅新G P R S G S M 在安全监控及数据采集中的应用 D 浙江大学学位论文2 0 0 6 4 赵长奎G S M 数字通信应用系统 M 北京：国防T 业出版社，2 0 0 1 万方数据基于GSM技术的无线数据传输模块设计基于GSM技术的无线数据传输模块设计作者：董殿永，周根荣，姜平，左小峰，肖红升，DONG Dian

29、-yong，ZHOU Gen-rong，JIANG Ping，ZUO Xiao-feng，XIAO Hong-sheng作者单位：董殿永,周根荣,姜平,左小峰,DONG Dian-yong,ZHOU Gen-rong,JIANG Ping,ZUO Xiao-feng(南通大学,电气工程学院,南通,226019)，肖红升,XIAO Hong-sheng(江苏桑夏太阳能产业有限公司,南通,226301)刊名：自动化与仪表英文刊名：AUTOMATION&INSTRUMENTATION年，卷(期)：2010,25(11)参考文献(4条)参考文献(4条)1.赵长奎 GSM数字通信应用系统 20012.傅新 GPRS/GSM在安全监控及数据采集中的应用 20063.邓振杰;齐建玲;李志红 基于GSM远程监控系统的设计期刊论文-微计算机信息 2007(01)4.周国祥;周俊;刘成良;Jay Lee 基于GSM的远程通信控制器研制及其应用期刊论文-计算机工程 2005(01)本文链接：http:/