基于单片机的短信收发系统设计.doc

1、基于单片机的短信收发系统设计目录前言11 系统模型12 工作原理及其软件设计22.1 串口控制SMS的工作原理22.2 软件实现32.3 短信数据的处理63 系统硬件介绍63.1 系统核心部分63.2 GSM模块MZ2893.3 单片机MSC1210104 SMS的体系结构105 结束语11最后，谨借此机会向所有关心、支持和帮助过本人的同学。朋友致以最真挚的谢意！11附录：程序12参考文献：17前言SMS（Short Message Service）短信息服务是GSM（Global System for Mobile Communication）系统中提供的一种GSM终端（手机）之间，通过服务

2、中心(Service Center)进行文本信息收发的应用服务，其中服务中心完成信息的存储和转发功能。短信息服务作为GSM网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。以GSM网络作为数据无线传输网络，可以开发出多种前景极其乐观的各类应用，如无线数据的双向传送、无线远程检测和控制等。典型的应用有：变电站、电表、水塔、水库或环保监测点等监测数据的无线传输和无线自动警报；远程无线控制高压线路断路器、加热系统、防洪拦阻系统或其它机电系统的启动和关闭；车队交通管理和控制指挥系统；控制和监测香烟、食品和饮料自动售货机的运行状态和存货水平；远程加点

3、控制等等。鉴于此，本文对基于单片机的短消息收发系统进行了设计研究。1 系统模型 中国联通数字移动电话（GSM）网是向社会公众提供通信服务的公用通信网，与中国电信网同为国家通信网的有机组成部分。两网互联互通，自动接续，共享国家通信资源。目前，中国联通数字移动电话业务由GSM网130、131业务和CDMA网133业务组成。基于GSM的短信信息服务，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存储和转寄的过程。本软件的设计基于GSM网络的温度数据采集与无线传输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。系统模型图如图1-1所示。本系统由数据采集部分、数据接收和发

4、送部分、终端处理部分三个模块组成。数据采集模块将采集到的温度数据存入存储器中。数据收发模块采用双单片机共用EERPOM的方式，单片机2控制数据从存储器转存入EEPROM中；单片机1负责将数据从EEPROM中读出，并经GSM模块2借助GSM网络将数据发送出去。单片机1不仅控制数据的发送，也控制数据的接收。在这里，EEPROM是温度数据临时存储和上传的中转站。终端处理模块负责将接收到的数据交给计算机处理，并将处理后的结果存放到数据库中，以供查询。当终端处理模块需要向GSM模块2发送控制命令时，GSM模块2接收过程正好与上述过程相反，从而实现数据的自动双向传递。图1-1 系统模型2 工作原理及其软件

5、设计2.1 串口控制SMS的工作原理单片机与GSM模块一般采用串行异步通信接口，通信速度可设定，通常为19200bps。采用这种RSM232电缆方式进行连接时，数据传输的可靠性较好。RS232接口方式连接，通过串行接口集成电路和电平转换电路与GSM模块连接，电路比较简单，所涉及的芯片包括单片机89C51和电平转换芯片MAX232，是非常常见的接口电路。GSM的短信息业务SMS利用信令信道传输，这是GSM通信网所特有的。它不用拨号建立连接，把要发的信息加上目的数据发送到短信息服务中心，经短信服务中心完成存储后再发送给最终的信宿。所以当目的GSM终端没开机时信息不会丢失。每个短信的信息量限制为16

6、0字节。及以的AT指令如表2.1-1所列。表2.1-1 AT指令AT指令功 能 描 述AT+OFF关机并重新启动AT+CSDH=0在TEXT模式下在返回值中不显示详细的头信息ATE0关闭回显AT+CMGF=1选择短信格式为TEXT模式AT+CMGS发送短信息AT+CMGR读取短信息AT+CMGD=0删除全部短信息2.2 软件实现2.2.1 上位机模块、下位机模块2.2.1.1 应答和重发 上位机模块和下位模块的通信双方遵照半双工通信方式进行，即数据传送是双向的。但是，任何时刻只能由其中的一方发送数据，另一方接收数据，因为EEPROM的读出和写入不能同时进行。为了避免一方在发送信息帧时（这里的信

7、息帧指的是下位机模块发送的数据帧和上位机模块发送的命令帧，下同），另一方也会发送数据，必须把信道变成半双工方式。尽管这样效率可能不如全双工方式，但通过此举牺牲效率可以换取模块工作性能的稳定。双方采取的顺序是：发收到应答后再发。 按照整个系统的设计思路，上位机模块（即图1-1中的GSM模块1，下同）发送的帧包括命令帧、确认帧和非确认帧；下位机模块（即图1-1中的GSM模块2，下同）发送的帧包括数据帧、确认帧和非确认帧。其中确认帧和非确认帧是发送数据后等待对方发送的应答帧，以此作为继续发送下一帧和重新发送上一帧的依据。命令帧和数据帧是信息帧，当一方先发送完信息帧。2.2.1.2 延时重发 在双方通

8、信过程中，有两个时间t1和t2，分别表示重新发送信息帧的最大延时。t1表示一方发送完信息帧到收到对方应答帧的时间，如果等待应答帧的时间超过了t1，则发方会重新发送原来的信息帧；当收方接收到对方发送的信息帧，如果收方此时有需要发送的信息帧，则收方此时不发送应答帧，而是发送信息帧给对方。图2.1.1-1以下位机模块先发数据帧为例，阐述双方通信的具体实现过程。图2.2.1-1 下位机模块2.2.2 帧格式GSM模块通过异步通信接口实现对SMS的控制共有三种接入协议：Block Mode；基于AT指令的Text Mode；基于AT指令PDU Mode。本系统发送和接收的数据都是基于数字的温度数据和命令

9、字，为了保证系统的适用性，SMS的收发采用TEXT模式。TEXT模式是基于字符的，更具体地说是基于ASCII码的一种结构模式。在该模式下，模块发送和接收的信息帧格式如下：表2.2.2-1 发送接收帧头帧序号数据校验子 信息帧包括数据帧和命令帧。帧头表示数据帧的标记，是由固定的字符“WQ”构成。 帧序号表示数据帧的序号，由两个字节组成。帧序号表示下位机模块发送的递增数据帧序号和上位机模块发送的命令帧序号。为了简化帧结构，命令帧的序号统一为00H。除了信息帧外，双向传递的还有应答帧，它包括确认帧和非确认帧。确认帧是双方反馈给发方的应答帧，表示收方已经正确接收到了发方发送的信息帧。确认帧格式仅包括两

10、个字段，且两个字段的内容都是固定的，即帧头“WQ”和数据字段“ACK”，确认帧格式如下。表2.2.2-2 帧格式WQACK 非确认帧是收方给发方的应答帧，表示收方收到的是无效的信息帧，其格式与确认帧格式类似，帧格式如下。表2.2.2-3 信息帧WQNACK2.2.3 EEPROM空间的分配采用8KB的EEPROM，按照每77个字节为一个块进行划分，共106块，如图2.2.3-1所示。第00、01块留作系统使用，第02块第105块是数据块，用作存放数据。图2.2.3-1 EEPROM空间的分配2.2.4 收发端与采集端的握手协议 收发端与采集端共用一个存储器，即双CPU对同一个EEPROM进行操

11、作。实现方案是分别使两个微处理器的一个I/O脚相连，两个CPU采用查询方式对此I/O端进行查询。如果某时候收发端查询到本地I/O端为高电平，则单片机1拥有此存储器的操作权，可以对EEPROM进行读写操作。2.2.5 程序的设计2.2.5.1 主函数的设计思路 开机上电后，程序在主函数中运行，单片机和GSM模块分别进行初始化。单片机的初始化包括设置串口工作方式、波特率，并初始化变量参数和标志位。GSM模块初始化包括重新启动、关闭回显、设置在TEXT模式下的返回值中不显示详细的头信息、选择短信格式为TEXT模式、开发串口中断准备接收数据。2.3 短信数据的处理 进入时钟中断调用SHELL函数时，如

12、果接收到了返回的参数+CMTI，表明上位机模块向下位机模块发送了短信数据，可能是命令帧，也可能是确认帧或者非确认帧。在这种情况下，SHELL函数需要对短信内容进行分析，并根据短信的内容进行不同的处理，负责完成以上功能的就是ExecData函数，它是被SHELL函数调用的，用来分析并处理短信数据。3 系统硬件介绍3.1 系统核心部分 单片机AT89C51有内部RAM，可以作为各种数据区使用，内部闪电存储器存放数字时钟的控制程序。它的主要功能是控制74LS138和74LS47，实现对LED显示器的位控和段控，完成时间的转换计算，并把计算的时间转换到相应的显示段码，控制LED显示器以动态扫描方式进行

13、时、分、秒的显示。AT89系列单片机是ATMEL公司生产的。这是当前最新的一种电擦写8位单片机，与MCS-51系列完全兼容，有超强的加密功能，可完全替代87C51/52和8751/52。3.1.1 89C51具有下列主要性能4KB可改编程序Flash存储器（可经受1，000次的写入/擦除周期）全静态工作：0Hz24MHz三级程序存储器保密 128 X 8字节内部RAM 32条可编程I/O线3.1.2 89C51的引脚及功能3.1.2.1 主要电源引脚 Vcc 电源端 GND 接地端3.1.2.2 外接晶体引脚 XTAL1接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端

14、。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，既把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。 XTAL2 接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。3.1.2.3电源复用引脚 RES 复位输入端。 当振荡器运行时，在该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。 ALE/PROG 当访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率（此频率为振荡器频率的1/6）周期性地出现正脉冲信号。3.1.2.4 输入/输出引脚 P0.0 P0.7、P10.P1.7、P2.0

15、P2.7 和P3.0P3.7 P0端口（P0.0 P0.7） P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口。P1端口（P1.0 P1.7） P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入在对Flash编程和程序验证时，P1接收低8位地址。P2端口 （P2.0P2.7） P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。P3端口（P3.0P3.7） P3 是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。在89C51中，P3端口还用

16、于一些专门功能，这些兼用功能见表3.1.2-1表3.1.2-1 P3端口兼用功能表 端口引脚 兼 用 功 能 P3.0RXD （串行输入口） P3.1TXD （串行输出口） P3.2/INT0 （外部中断0） P3.3/INT1 （外部中断1） P3.4T0 （ 定时器/计数器0的外部输入） P3.5T1 （定时器/计数器1的外部输入） P3.6/WR （外部数据存储器写选通） P3.7/RD （外部数据存储器读选通）3.1.3 Flash存储器的编程 AT89C51单片机内部有一个4K字节的Flash PEROM。这个Flash存储阵列通常是处于已擦除状态（既存储单元的内容为FFH），随时可

17、对它进行编程。编程接口可接收高电压（12V）或低电压（Vcc）的允许编程信号。低电压编程方式可很方便地对AT89C51内的用户系统进行编程；而高电压编程方式则可与通用的EPROM编程器兼容。AT89C51的程序存储器阵列是采用字节写入方式编程的，既每次写入一个字节。要对片内的PEROM程序存储器写入任何一个非空字节，都必须用片擦除方式将整个存储器的内容清除。3.1.3.1 对Flash存储器编程编程前，必须建立好地址、数据和相应的控制信号。编程单元的地址加在P1端口和P2端口的P2.0P2.3（11位地址为0000H0FFFH），数据从P0端口输入。引脚P2.6、P2.7和P3.6、P3.7的

18、电平选择见表2。/PSEN应保持低电平，而RST应保持高电平。/EA/VPP是编程电源的输入端，按要求加入编程电压。ALE/PROG端输入编程脉冲（应为负脉冲信号）。编程时，采用420 MHz的振荡器。对AT89C51编程的步骤如下： 在地址线上输入要编程单元的地址。在数据线上输入要写入的数据字节。激活相应的控制信号。在采用高电压编程方式时，将/EA/VPP端的电压加到12V。每对Flash存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加一个ALE/PROG编程脉冲。 改变编程单元的地址和要写入的数据，重复上述步骤，直到全部文件编程完毕。每个字节写入周期是自动定时的，通常不大于1.5ms。数据查

19、询方式AT89C51单片机用数据查询方式来检测一个写周期是否结束。在一个写周期期间，如果想读出最后写入的哪个字，则读出数据的最高位（P0.7）是原来写入字节最高位的反码。 3.1.3.2 程序的校验 如果加密位LB1和LB2没有被编程，那么就可以对AT89C51内部已编好的程序进行校验。程序存储器的地址仍由P1端口和P2端口的P2.0P2.3输入，数据由P0端口输入。/PSEN保持低电平，而ALE、/EA和RST保持高电平。3.2 GSM模块MZ28MZ28是中兴通讯推出的GSM无线双频调制解调器，主要为语音传输、短信发送和数据业务提供无线接口。MZ28集成了完整的射频电路和GSM的基带处理器

20、，特别适合于迅速开发基于GSM无线网络的无线应用产品。图3.2-1 原理3.3 单片机MSC1210在许多传统行业中，多路高精度温度采集系统是不可或缺的。电厂、石化行业、钢铁厂以及制药厂等企业使用了大量的各类测温器件，如热电阻、热电偶等，这些器件需要定期校准；在严格执行GMP规范的制药厂等企业，高温灭菌需要定期进行灭菌率的验证；在某些要求进行严格的温度控制的场合，也需要进行多点高精度温度测量。这些工作往往需要一多路高精度测温系统来完成。3.3.1 MSC1210具有以下主要特性 3个16位的定时器，16位PWM波输出； 多达21个中断源； 32个数字输入/输出端口，带有看门狗； 8路ADC提供

21、24位分辨率可编程的无丢失码解决方案; 可编程增益放大（PGA）在1128之间可调，极大提高了ADC精度； 带FIFO的SPI端口，双UART； 64TQFP封装，MSC1210系列的硬件和引脚完全兼容，必要时可以互换。3.3.2 MSC1210的增强功能 作为智能高精度测温模块的核心，MSC1210完成了微弱信号的多路切换、信号缓冲、PGA编程放大、24位-A/D转换、数字滤波、数据处理、信号校准以及SPI通讯等功能。 MSC1210集成了一个8通道24位-A/D转换器，采用8051兼容内核。与ADuC824相比，其有如下增强的功能： 采用非常灵活的FLASH与SRAM存储器配置，可以对片上

22、FLASH进行分区，根据需要设定程序FLASH与数据SRAM所占的比例。改写次数可达一百万次，数据可保存100年。 片上RAM为1280B，有34个高电流驱动I/O，可以设外部存储器的存取时间，使用双数据指针提高存取速度，具有完善的节电功能，还有电压监视器、21个中断源、3个16位定时器计数器以及内部时间间隔计数器（TIC）。4 SMS的体系结构GSM标准中定义的点-点短消息服务使得短消息能在移动台和短消息服务中心之间传递。这些服务中心是通过称为SMS- GMSC的特定MSC同GSM网络联系的。SME：Short Messaging Entity，短消息实体。它可以接收或改善短消息，位于固话系

23、统、移动基站或其他服务中心内； SMSC：Short Message Service Center，短消息服务中心，负责在基站和SME间中继、储存或转发短消息；移动台（ME）到SMSC的协议能传输来自移动台或朝向移动台的短消息，协议名为SMTP（Short Message Transmission Protocol）； SMCGWMS或SMCGMSC：SMS-Gateway MSC，SMS网关。接收由SMSC发送的短消息，向HLR查询路由信息，并将短消息传送给接收者所在基站的交换中心； 5 结束语通过以上的分析不难发现，整个程序错综复杂，函数之间相互牵扯。标志位在程序的实现过程中扮演着非常重要

24、的角色，正是依靠这些标志位，程序才能很好地实现各个功能之间的切换，而标志位的值是通过OSM模块返回的参数修改的。因此程序的实现过程应该是阅读参数修改标志位发送指令。主函数、时钟中断和串口中断程序、SHELL函数、ExecData函数贯穿整个程序的主线和核心部分，对它们的分析可以理解程序的主体思想，这也正是笔者着重介绍的原因所在。然而这些函数和中断程序的实现，还需要依靠其它函数的配合，比如基于I2C总线的EEPROM操作函数、字符串操作函数以及串口发送函数等，由于篇幅所限，在此不再介绍。GSM网络本身是不完全可靠的，可能会发生帧发送错误、帧丢失的现象通过这次毕业设计，让我进一步了解了单片机的相关

25、内容，对程序的编写也有了进一步的加强，但是这次设计过程中遇到了许多难题，由于对相关知识基础不够扎实，概念比较模糊，在设计中不能正确地写出相关程序内容。忠心的感谢尊敬的XX老师！本毕业设计在XX老师的悉心指导下完成。毕业设计期间，甚至在平时的学习当中，XX老师给与我极大的帮助和指导，正是他的精心指导，是我在获取知识的同时，综合管理也得到了较大的提高，这将对我今后的学习、工作产生深远的影响。藉此毕业设计完成之际，谨向长期指导和栽培我的XX老师表示真诚的感谢！ 感谢XX学院提供了良好的学习、实践环境，感谢老师的教导，你们给了我一生最宝贵的财富。最后，谨借此机会向所有关心、支持和帮助过本人的同学。朋友

26、致以最真挚的谢意！附录：程序/*sms for GSM*/#include AT89*51.h#include reg51.h#include ATcommend.h#include ExecData.h#include ScanKey.h#include Shell.h#include ReceivePara.h/*初始化串行端口*/int_rs232() /*通信协议:192000 N 8 1*/ int inbufl20;/*接收缓存*/ SCON=0x50; TMOD=0x20; TH1=0xFF; TR1=1; TI=1;tx_char(unsigned char c)/*发送字符*

27、/ while(1)/*循环*/*判断TI是否为1*/if(SCON&0x02)=0x02) break;/*清除发送中断标志TI=0*/TI=0;SBUF=c;/*将字符送至串行输出缓冲器*/tx_str(char *str)/*送出字符串*/char i; for(i=0;i127) count3=0; inbuf1count3=ch; checksum= ch-128; else count3+; inbuf1count3=ch; checksum = ch; if( (count3=(INBUF_LEN-1) & (!checksum) ) read_flag=1; /如果串口接收的数

28、据达到INBUF_LEN个，且校验没错， /就置位取数标志 /*初始化定时器*/int_timer(); TMOD=60H；/*设置定时器1为工作方式2，250us周期*/ TH1=0FFH; TL1=03H;/*初始化gsm模块*/int_gsm() tx_strl(AT+OFF);/*关机并重启*/ tx_strl(ATE0);/*关闭回显*/ tx_strl(AT+CSDH=0);/*设置在TEXT模式下的返回值中不显示详细的头信息*/ tx_strl(AT+CMGF=1);/*选择短信格式为TEXT模式*/ EA=1;/*总中断允许*/ ES=1;/*打开串口中断准备接收数据*/ ET

29、1=1；/*打开时钟中断*/*时钟中断shell函数*/void shell() interrupt 3int ReceivePara();/*开启串口接收返回参数，并存到ReceivePara中，在ReceivePara.c文件中实现*/int Handle;int Commend;int ScanKey();/*按键扫描，返回操作码*/*该函数在ScanKey.c中实现*/switch(ScanKey)/*call(),sendsms(),readsms,deletesms()等函数在shell.c文件中实现*/case call: call(); break;/*呼叫对方模块号码*/ca

30、se sendsms: sendsms();break;/*发送数据*/case readsms: readsms();break;/*阅读短信*/case deletesms: deletesms();break;/*删除短信*/switch(ReacevePara)case : SendData(); break; /*呼叫对方模块号码获得成功，接下来需要发送数据*/case CMGS: CMGS(); break; /*在ReceibePara.c文件中实现*/case CMGR: CMGR(); break;/*在ReceibePara.c文件中实现*/case CMTI: ExeDa

31、ta(); break; /*转短信数据处理函数*/case OK: OK(); break; /*在ReceibePara.c文件中实现*/* 短信数据的处理-ExecData函数*/*Commend_handle();Ack_handle();Nak_handle();三个函数的实现在ExecDat.c中*/ExecData()switch(Handle)case Commend: Commend_handle(); break;/*处理命令帧*/case Ack: Ack_handle(); break;/*处理确认帧*/case Nak: Nak_handle(); break;/*处

32、理非确认帧*/main()int_rs232();int_timer();int_gsm();while(1);参考文献：1公茂法：单片机人机接口实例集，北京航空航天大学出版社，1998.2，P5-P152赵亮：单片机C语言编程与实例，人民邮电出版社,2003.9，P45-P603胡伟：单片机C程序设计及应用实例，人民邮电出版社,2003.7，P23-P454赵长德：MCS51/98单片机原理与应用，机械工业出版社,1996.5，P12-P345徐爱卿编：单片微型计算机应用和开发系统，北京航空航天大学出版社，1998.3，P26-P446戴梅芳：微型计算机技术及应用，清华大学出版社，1996.

33、5，P33-P477李广弟：单片机基础，北京航空航天大学出版社，2001.6，P55-P708潘新民：单片微型计算机实用系统设计，人民邮电出版社，2000.7，P10-P349王福瑞：单片微机测控系统设计大全，北京航空航天大学出版社,1998.2，P23-P4510何立民： MCS51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术，北京航空航天大学出版社，1996.4，P33-P56 11刘凡馨：Visual Basic程序设计教程，清华大学出版社，2007.6，P1-P16612郭红霞：短信收发模块TC35i的外围电路设计，清华大学出版社，2004.7，P20-P2413孙育才：新型AT89S52

34、系列单片机及其应用，清华大学出版社, 2005.1，P5-P22214吴锴：单片机串行口的扩展研究，山西农业大学学报，2008.1，P61-P7015薛永毅：新型电源电路应用实例,北京电子工业出版社,2002.3,P10-P1716王化祥、张淑英：传感器原理及应用，天津大学出版社,1992.7,P4-P1117刘迎春：传感器原理、设计与应用,国防科技大学出版社,1991.10,P13-P1718胡汉才：单片机原理及接口技术，清华大学出版社,1996.8，P34-P4719丁志刚、李刚民：单片机微型计算机原理及应用，北京电子工业出版社，1990.5，P18-P4020林克明、石昭祥：Z8高性能单片机微机原理与应用，中国科学技术出版社，1994.5，P38-P5021李朝清：单片机原理及接口技术，北京航空航天大学出版社，1996.11，P28-P4022何立民：单片机应用文集，北京航空航天大学出版社，1991.6，P19-P3118