基于AT89C51实现电话远程控制设计

SJ005-1CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕 业 设 计 说 明 书题目： 基于AT89C51实现电话远程控制设计 二级学院： 电子信息与电气工程学院 专 业： 自动化 班级： 10自二 学生姓名： 纪国琴 学号： 10020614 指导教师： 高敏 职称： 讲师 评阅教师： 职称： 2014年 6月常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书摘 要随着GSM网络的迅速普及移动手机通信技术的飞速发展，新技术的开发和应用已提到非常重要的位置。将GSM技术运用于实现家庭智能报警具有非常实际的应用价值。本系统以单片机AT89S52为核心作为控制模块，由GSM无线通信模块、传感器数据信息采集模块、继电器控制模块和蜂鸣器报警模块组成。通过GSM无线通信模块接收用户手机发送的相关信息，经GSM模块与单片机通信，将讯号传送到单片机，单片机发出可处理的数字信号，经过继电器的驱动电路，通过控制继电器的开闭，来控制家用电器的运行状态。该系统具有安全保密性高，又不需要组建专用网络和维护网络，网络覆盖面广，因此与传统的远程控制系统相比有着其独优势。关键字： 单片机 GSM 远程控制 短信网络 ABSTRACTWith the rapid popularization of GSM network the rapid development of mobile communication technology, it is very important to the development and application of new technology have been mentioned. Application of GSM technology to realize family intelligent alarm has very practical application value. This system by single chip microcomputer AT89S52 as the control core module, by GSM wireless communication module, sensor data acquisition module, relay control module and the buzzer alarm module. By GSM wireless communication module receives the user mobile phone to send information, via the GSM module and single-chip microcomputer communication, will be sent to the single-chip microcomputer, single chip can handle digital signals, after a relay drive circuit, by controlling the opening and closing of the relays, to control the running status of household appliances. The system has high security confidentiality, do not need to set up private network and network maintenance, network coverage, so compared with the traditional remote control system has its unique advantages.Keywords Microcontrollers GSM Remote Control Message Communicatio常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书IV目 录第一章 绪论1 1.1 本课题研究的背景1 1.2 远程控制内容2 1.3手机短信家电控制系统的发展前景3第二章 系统设计方案4 2.1系统设计要求42.2总体设计分析4 2.3单片机简介 5 2.4 手机短信的通信原理9 2.5 本章小结10第三章 系统硬件设计11 3.1 GSM模块11 3.1.1硬件模块11 3.1.2 GTM900B模块产品特性11 3.1.3 GTM900B模块的业务演示框图11 3.1.4 GTM900B无线模块AT命令12 3.1.5 AT命令类型12 3.2 GTM900B UART接口的使用12 3.2.1 UART 接口信号介绍13 3.2.2 UART接口DCE-DTE 配线14 3.3 单片机处理短信指令14 3.4 时钟脉冲电路14 3.5复位电路16 3.6 继电器驱动电路的设计17 3.7 GSM网络连接指示灯电路18 3.8 GSM模块与单片机的接口19 3.9 系统电路图19 3.10本章小结19第四章 系统软件设计20 4.1软件设计总体思路20 4.2帧格式21 4.3短信数据处理-ExecData函数23 4.4本章小结24第五章 系统的调试与使用25第六章毕业设计总结26参考文献27致谢28附录 附录1：原理图29 附录2：实物图30 附录3：源程序31 附录4：GTM900-B产品特性表 41 附录5：信号连接器接口功能表42I第一章 绪论第一章绪论1.1本课题研究的背景我们现在处于21世纪，是信息发展十分快速的时代，各种各样的新电信技术带领着人类文明走向进步。自从Alexander Graham Bell（贝尔）1876年发明电话到现今，世界各国电信科技发展非常迅速尤其是在电话网络方面。近些年，中国的固定电话业务快速增长让世界人为之震惊。1997年中国电话网络规模跃居世界第二位，仅次于美国，局用电话交换机总容量成功突破1亿台，短短的5年时间里，固定电话用户总数就突破2亿户。随着电信科技的发展，电话已经成为了人们生活必不可少的物品；随着移动通信技术的发展，利用移动电话进行远程控制的技术慢慢开始被挖掘。现代电话网络是由交换机和电话传输线共同组成，它的性能已经有了很大的进展，而且具有非常高的可靠性。通过一定的方式对受控物体进行远距离的控制被称为是无线遥控。无线电遥控、有线遥控、红外线和超声波遥控等都是我们常用的无线遥控方式。无线电遥控其实也就是使用无线电波信号对受控物体进行远距离控制。但是无线电是属于一种污染源，因此实现无线遥控需要占用一定的无线电频率资源，导致电磁污染，这样的事实是无法避免的；然而老式的有线遥控器则需要进行专门布线，其投入之大，可想而知此方法不可取；然而使用红外线或者超声波遥控确无法达到远距离传输的效果。如今的无线呼叫的遥控方式和载波控制方法，却拥有距离这样一个问题。虽然无线呼叫的遥控方法能够利用现在已经存在的呼叫频率，不需占用其他的无线电频谱，并且寻呼网已经全国联网，它控制的范围是可以达到全国任何一个地方。但是这种方式的传输速度有限，使受到控制的一方动作比控制方的操作慢半拍，不具备实时性，而且可靠性很低。载波方式是通过强电力线传输信息，该方式只能应用与同一变压器，同一变压所所辖范围内，应用范围也很有限。家庭手机短信智能控制系统的主要功能集中在热水器、空调、电视机、电脑等常用家电方面。现阶段组网方式分为两大类：分为无线组网和有线组网。无线组网的主要技术有蓝牙技术、射频技术(HomeRF)及移动电话线网络联盟技术等。有线组网移动电话遥控与常规的遥控方式相比，显然不需进行专门的布线、避免了电磁污染、不占用无线电频率资源等优越性，算的上是一门较新颖的研究课题。并且利用移动电话控制家电可以借助于电话线路与各地联网，可以充分利用现有的电话网，因此大大的延长的智能控制的距离，甚至可以全球受控。1.2 远程控制的内容2008年4月17日举行的2008中国国际家电展上，海尔集团展出了自主研发的U-home智能家电系统，包含家庭智能网关、网络空调、网络洗衣机、网络热水器等。下班回家的路上，用手机给家中的电热水器发个短信，到家后就能洗上热水澡；给空调发个短信，设定温度，到家就能享受舒适的室温；给洗衣机发个指令，它就自动将衣物洗涤干净，到家后就能直接晾晒这些过去只在幻想中出现的场景，如今已经变成现实。然而当今大多数家庭仍然使用的是传统家用电器，由于技术和成本原因，远程家电控制系统并没有得到很好的推广。然而当今大多数家庭仍然使用的是传统家用电器，本文主要设计一种基于单片机AT89S52可以远程控制传统家电的控制系统。短息属常用通信手段。因此，这可以大大体现出利用GSM信号进行远程控制的好处。我们可以通过发送短信，就可以很方便的了解被控家电的状态，然后再对其进行操作。本作品采用单片机来进行控制，通过不同的短消息指令，使不同的操者可以很快掌握受控方的信息。本作品的各种电器接口、各项标准都严格遵循国家有关标准。远程家电控制系统接收远端发送来的GSM信号,并对其进行解码,然后再由中央处理单元对解码后的信号进行采集并做相应处理,为了用户的方便使用,语音提示这一界面是必须要有的,手机短信远程控制不需要专门对系统进行监控,所以应具有自动摘挂机功能、复位功能；为了达到智能化这一目的,本系统的中央处理器为单片机AT89S52。另外,为了使手机短信远程控制这一系统的正常工作，还应该具备驱动电路、时钟脉冲电路、电源供电电路等。由此可以看出,系统主要由短信检测电路、自动解码GSM电路、由GSM解码电路、中央处理单元AT89C51、电器控制驱动电路等组成。18第一章 绪论1.3 手机短信家电控制系统的发展前景 当代经济迅猛发展，我国人们的平均收入也越来越高，加上手机产品的生产技术已经成熟，其造价也持续降低，成品市场价格也一直下降，所以手机已经是普遍化、大众化。社会的大部分成员，不管是老人，中年人，青年还是小孩儿，几乎每个人都拥有一个手机等通讯工具，手机，可以说是一个普遍化的通讯工具，不管你身在何方，只要有信号的地方都可以通过手机和别人进行联系。所以我们猜想或许只要是在有信号的地方就可以对家里电器进行远程控制，如果这样，我们就可以解决现在大部分上班族的家长出差时担心孩子在家不能自己操作控制家用电器，并不能安全使用家用电器的疑虑。基于短信远程控制家电使用手机这一普遍化的通讯控制可以使远程控制家用电器变得更加便捷化、可行化和经济化。随着科技的飞速发展和人民生活水平的不断提高，手机的普及率很高，而且无线网络覆盖范围广，在信息传递方面性能稳定、可靠，所以用手机作为信息传递的载体，方便、可靠、成本低，特别是在远程数据传输。所以本设计采用手机短信的形式通过GSM网络来无线控制家电。第二章 系统设计方案1.4 本章小结本章内容主要介绍了远程智能控制家电背景来源以及目前的现状和发展。同时还说明了手机短信控制家电的发展。了解这些内容，对今后课题的研究有很大的帮助。第二章 系统设计分析2.1 系统总体设计要求2.1.1系统总体设计要求根据远程智能遥控家电系统的具体设计要求：1、 通过手机短信网对异地的电器实现控制（开/关）；2、 控制器可以实现自动解码短信；3、 控制器设置代码校验；设计的此系统必须具有以下单元功能模块：1、 短信接受；2、 自动解码短信；3、 密码校验；4、 GSM信号解码；5、 输入信息分析；6、 控制电器开关；7、 电器状态查询；8、 短信反馈。根据手机和交换机发出的不同GSM信号音以及家用电器各种状态的不同要求，结合实际情况对具体的单元功能模块作出软件或硬件上的不同分工，具体如下：1、理论上交换机所发出的各种GSM信号都可以通过软件编程而识别，即通过单片机发出的信号来检测GSM信号，从而完成短信解码识别。但是从系统的可靠性和程序的结构设计上分析，选择了硬件来解决短信检测、解码检测、GSM信号解码等功能模块。第二章 系统设计方案 2、自动回馈信息和电器的控制必须使用具体硬件电路来实现。3、短信接收、短信解码、密码校验、输入信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程方式要比硬件电路简单的多，实现也很容易。2.1.2 总体设计分析远程家电控制器由单片机构成主控部分，进行主要的GSM信息处理，接收外部操作指令形成各种控制信号，并完成对于各种信息的记录；接口电路提供单片机与电话外线的接口。其中包括短信检测、模拟短信控制、代码识别，预定义指定代码电路。系统原理框图如图21所示。常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书家用电器短信检测电路驱动电路短信接口单片机 家用电器模拟短信电路驱动电路 GSM解码电路预定义指定代码 图21系统组成框图短信检测电路是十分重要的部分。为了降低本装置的造价，作品的短信检测程序产生。短信检测电路受单片机的控制产生相应的提示音提示，并通过反馈短信至用户手机。从而使操作者对电器的操作达到交互式，并能即时了解有关的信息；显示电路用于状态设置时的显示；控制部分即受控的终端。 本系统的每一个接口电路（短信检测、解码短信、信息反馈、电器开展、GSM解码等）具有很强的实用性。本系统使用最简单的电路、最可靠的电路芯片实现了完善的功能。本系统有具有实用性，具有很强的市场前景。 本装置并联于家电的两端，不会影响到家电的正常使用。用户通过异地的手机发送短信控制本装置所连接外线的家用电器，通过交换机向中央控制单元发出GSM信号，短信检测电路将检测到的短信信号送至系统的中央控制单元，如果本装置检测到GSM信号，即短信输入正确，自动处理，进入密码检测，输入正确后选择被控制电器，然后输入开或关进行遥控电器，完成后返回，这是自动方式。2.2单片机简介 因为AT89S52是51的增强型，S52比S51，定时器多一个T2，多一个第二章 系统设计方案看门狗等在很多方面都有改进。现在市场上，C51都差不多淘汰了，价格第二章 系统设计方案两者接近，所以本次设计选用.AT89S52芯片。 AT89S52单片机是ATLEM公司推出的一种高速、低功耗、超强抗外界干扰微型单片机处理器，其编译的指令代码和C语言源程序完全兼容传统8051单片机，其为40引脚的双列直插封装形式的8位通用微型计算机处理器，采用工业上规定的标准的C51内核处理器，在其内部的功能及其引脚排布上与现在市场上或者工业上通用的8xc51是相同，其主要功能包括对会聚主IC内部的寄存器、数据的RAM及外部接口等功能部件的初始化，支持会聚调整控制，支持会聚测试图的有效控制，可以进行红外遥控信号IR的接收解码及与计算机主板CPU的通信等。主要特性如下： 工作额定电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V单片机） 工作的频率范围：040MHz，其相当于普通8051单片机的2倍，在实际测试中，其的最高工作频率可达48MHz。 32个双向I/O口，256x8bit内部RAM，复位后为：P0/P1/P2/P3是准双向口/弱上拉，P0口内部是漏极开路形式输出，当其作为总线形式扩展I/O口用时，不用加上拉电阻，但是作为普通I/O口使用时，需加上拉电阻，否则无法使用P0口作为数据传输。ISP模式（在系统中可编程使用）/IAP模式（在应用可编程使用），无需专用程序编程器，无需专用程序仿真器，就可通过串口通信（RxD/P3.0口,TxD/P3.1口）直接下载用户所编写的程序，只需花费很少的时间便可以下载完程序，速度十分快、效率十分高。 AT89S52具有电可擦除只读存储器,电可檫可编程存储器（EEPROM）功能，可进行掉电保护，电源有复位端口接入，有看门狗功能，一共2个16位的定时器/计数器。即定时器T0和T1和外部中断4路，低电平触发或下降沿中断电路，其掉电方式可被外部中断的低电平触发中断这一方式叫醒，通用型的UART（即异步的串行口），另外，用定时器软件可以实现多个UART。以下是AT89S52的引脚参数及其封装说明 AT89S52引脚功能说明： VCC（40引脚）：电源电压（+5V） RST（9引脚）：复位输入端口。常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 ALE/（30引脚）：地址锁存控制信号（ALE）。常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 PSEN（29引脚）：外部程序存储器选通信号 /VPP（31引脚）：访问外部程序存储器控制信号。 XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端口。 XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端口。 AT89S52的各个引脚如图2.1所示。图2.1 AT89S52各个引脚图 P0 口是一组8位漏极开路型双向I/O 口， 即可以作为地址或者数据总线的两用I/O口。作为输出口使用时，每一位能吸收电流的方式用以驱动8个TTL逻辑门电路，让其进行输入口使用时必须对其写“1”，在对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗状态的输入端口使用。在其访问外部芯片的数据存储器时，此时I/O口线可以分时进行地址（低8 位）的转换和数据总线的复用，当访问外部的数据期间必须激活内部的上拉电阻才可以。在Flash编程时，P0口是接收指令代码字节的，但是在程序进行校验时候，输出的指令代码字节，在进行校验时，必须让P0口外接上拉第二章 系统设计方案电阻。 P1口是一个其内部自带上拉电阻的8位双向I/O 口，即具有通用的输入/ 输出功能，每一位都能独立地设定为输入口或输出口使用，P1口的输出缓冲级可用来驱动（吸收或者输出电流)4个TTL电平的逻辑门电路。在对其端口写“1”时，即对其内部的锁存器写“1”，通过其内部自带的上拉电阻可以把其端口拉到高电平，此时可以用作输入口。在作数据输入口使用时，因为其内部存在的上拉电阻，它的某个引脚会被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与8xC51 不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T1EX），在进行Flash的编程和程序校验期间，P1口用以接收数据的低8 位地址。 P2口是一个内部自带有上拉电阻的8位双向I/O 口，即可用作输入/ 输出口的使用，也可作为扩展系统的地址总线，输出高8位地址，与P0口一起组成16位地址总线。P2口的输出缓冲级可用以驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。这里和P1口是一样，可以对其端口P2 写“1”，通过内部自带的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口进行输入数据或者信号使用时，因为其内部存在上拉电阻，在其某个引脚被外部输入的信号拉低时会对外输出一个电流(IIL)。 因P3口的功能繁多，可用作双向数据传输和串口输入输出（RxD/P3.0口,TxD/P3.1口），故在这里把P3口的引脚复用功能以表格形式展示出来如表2-1所示：常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书表 2-1P3口引脚复用功能引脚号复用功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断0）P3.3（外部中断1）P3.4T0（定时器0的外部输入）P3.5T1（定时器1的外部输入）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器读选通）2.3 手机短信的通信原理 在本系统中，我们主要运用了手机通讯中的短消息业务。短消息业务(SMS-Short Message Service），简单来说，是在手机与手机之间发送文字信息或从个人计算机或手持设备向手机发送信息的一种方式。 手机在我们没有进行通话时，也在不停的发送和接受信息，它通过被称为控制通道的通路与手机发射塔进行通信。这种通讯的目的是让手机系统了解自己所在的信号区域，以便在人移动到其他地区时，手机可以切换到其他信号区域。每隔一段时间，手机和发射塔将交换数据包以确定一切工作正常。 当你发送短消息是，手机GSM将通过控制通道将短信息发送到发射塔，再由发射塔传送到信息处理中心，最后从这个位置送达到接收目标。有人发送SMS短信时，此短消息将小型的数据包形式出现在控制通道上，首先经过信息处理中心，再经过手机信息发射塔，最后再由发射塔将短消息发给用户手机。 GSM通信网所特有的是GSM的移动短信息业务SMS利用信令的特殊信道传输。它要把用户发送的信息加上目的地址发送到运营商的短信息服务中心，经短信服务中心进行储存后，然后再发送到最终的目的地，并且不需要进行拨号建立连接。因此GSM短信不仅大大节约了时间，而且当目的GSM手机终端没启动时也不会错过短信息。单每个短信的信息量只能达到160字节。第二章 系统设计方案2.4本章小结通过分析可以确定，本设计的短信接受、短信解码、控制电器、GSM解码等功能模块使用硬件电路实现。而短信识别、代码校验、信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程完成。通过对单片机的介绍更好的了解单片机的特点及工作特性，为后续单片机的使用做好准备；通过对手机的通信原理的介绍更好的了解了GSM移动短信息的发送接受的过程，为后续GSM远程控制家电做好了理论基础。第三章 系统硬件设计第三章 系统硬件设计3.1 GSM模块3.1.1硬件模块GSM模块，是将GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、GSM射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。GSM模块的厂家最早主要在国外，包括西门子、Wavcom、Sagem等；随着国内的技术进步，国内厂家如华为、Simcom、BenQ等模块由于具有更高的性价比，已经逐渐替代了国外品牌在国内市场上占据了主流的地位。目前在市场上比较流行的模块包括华为的西门子的Mc39i，GTM900-B等。本设计中我们选用GTM900-B，因为该模块机体积非常小巧，使用起来方便，没有设计话筒插座，但是板上预留了接口，且价格便宜。以下对该模块做详细介绍：GTM900B模块是华为公司最新推出的一款两频GSM/GPR无线模块。它支持标准的AT命令及增强AT命令，提供丰富的语音和数据业务等功能，是高速数据传输等各种应用的理想解决方案。内嵌TCP/IP协议模块，使用简单，易于集成,使用它您可以在较短的时间内花费较少的成本开发出新颖的产品。在远程监控和无线公话以及无线POS终端等领域您都能看到GTM900B无线模块在发挥作用。 主要功能: GSM/GPRS Phase 2/2+ ；GSM 03.40短信业务；GPRS CLASS 10数据业务；支持Group3，Class2传真业务；电路交换业务(9.6kbps，14.4kbps)；分组交换数据业务(85.6kbps) ；FR/HR/EFR/AMR 语音编码；呼叫转移、等待、保持、呼叫前转；多方通话、来电显示。第三章 系统硬件设计3.1.2 GTM900B模块产品特性见附录3常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书3.1.3 GTM900B模块的业务演示框图图3.1 GTM900B业务演示框图3.1.4 GTM900B无线模块AT命令 GSM模块是由移动设备（ME）、移动台（MS）、终端适配器（TA）、数据通信设备（DCE）和传真(DCE)组成。要使用GSM模块，只要通过串口来发送AT命令。另外，串行线对端的一些应用设备是由终端设备（TE）、数据的终端设备（DTE）或者是别的应用设备构成的。它们可以在嵌入式系统里运行。系统的结构图如下：TETAME 返回结果 ME状态 AT命令 ME控制 图3.2 系统的结构图3.1.5 AT命令的类型在设计过程中，命令行全部要以“at”或“AT”为前缀，作为结尾标志。 一般情况下，AT命令共有四种类型，如表所示第三章 系统硬件设计表3-1 AT命令类型说明实例设置命令用于用户自定义的参数值的设定。AT+CXXX=测试命令用于设置命令或内部程序设置的参数及其取值范围的查询。AT+CXXX=?查询命令用于返回参数的目前值。AT+CXXX?执行命令用于读取受到GSM模块内部程序控制的不可变参数。AT+CXXX3.2GTM900B UART接口的使用 GTM900B模块有很多接口，如信号连接器的接口、天线接口、音频接口、UART接口等，这里只介绍系统用到重要的UART接口。UART 接口是与外界进行串行通信的，可承受3.00V 电平的输入、输出。UART 接口信号除RXD0、TXD0 为高电平有效之外，其他的信号全部是低电平有效的。UART 接口拥有512字节发出FIFO和UART接收FIFO（First In First Out），它支持可编程数据宽度，可编程奇/偶校验或者没有校验，可编程数据停止位。它最大速率可达115.2kbit/s，默认值支持9600bit/s 的速率，支持波特率掉电保存。3.2.1 UART 接口信号介绍UART 接口信号的介绍如表所示：表3-2 UART 接口信号介绍序号信号名描述特性方向23UART_DCD0载波检测数据链路连接成功DCE-DTE17UART_RI0振铃指示通知DTE 有远程呼入DCE-DTE21UART_RTS0请求发送DTE通知DCE 请求发送信号DTE-DCE19UART_TXD0发送数据DTE 发送信号DTE-DCE16UART_DSR0数据设备准备DCE 准备就绪DCE-DTE22UART_DTR0数据终端准备DTE 准备就绪DTE-DCE20UART_CTS0清除发送CE 已切换到接收模式DCE-DTE18UART_RXD0接收数据DTE 接收串行数据DCE-DTE6GND地-3.2.2 UART接口DCE-DTE 配线DCE-DTE 的连接关系如图3.3所示。 16/DSRO /DSRO 17/RING0 /RING0 18/RXD0 /RXD(DCE)(DTE) 19/TXD0 /TXD 20/CTS0 /CTS0 21/RTSD0 /RTSD0 22/DTR0 /DTR0 23/DCD0 /DCD0 图3.3 DCE-DTE 的连接关系3.3 单片机处理短信指令单片机与GSM模块采用串行异步通信接口，由于单片机与GSM模块工作电平不一致，二者之间要用电平转换电路连接。GSM模块通过I2C总线扩展了一个内部ROM存储器芯片AT24C64，其主要作用是存储手机发送的短消息。该芯片能够反复擦/写，能够持久保存数据，而且断电信息也不会丢失，这些特性正是存储数据所必需的。在单片机通过I2C总线扩展了第三章 系统硬件设计一个Flash存储器，系统选用Am29F016D作为闪存(Flash)，单片存储容量为2M字节，16位数据宽度，用于存放显字库信息。常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 现在市场上大多数手机均支持GSM07.05规定的AT指令集。该指令集包含对SMS的控制。用GSM手机串行接口，由单片机向手机发送很多的AT命令，就可以实现对控制GSM模块接收SMS的功能。切记，在使用单片机实现功能时，编程必须注意它接收到的响应都是字符的ASCII码。用单片机对GSM模块收发短信息实现控制需用到的AT指令如表3-3。表3-3 AT指令AT指令功能描述AT+OFF关闭机器并且重新启动AT+CSDH=0 在TEXT模式下返回值中不显示具体的头信息ATE0关闭回显AT+CMGF=1选择信息的格式为TEXT模式AT+CMGS发送信息AT+CMGR读取信息AT+CMGD=0删除所有信息单片机系统除了必要的硬件支持外，还需要进行软件设计。我们所使用的单片机端的软件程序可以用C语言编写。因为按GSM07.05协议规定，短信息中的汉字编码为Unicode编码，但是在用单片机实现时，必须注意单片机接收到的响应都为字符的ASCII码，所以在使用单片机与手机通信时，要特别注意字符的转换。控制软件可以采用汇编语言和C语言来编写，它包括主程序，中断服务程序。主程序用来完成初始化工作，并且负责进程的显示，按照给定要求读取出显示数据，并产生我们需求的控制信号。串行口的中断服务程序可以解决与手机之间的通信问题。数据存储器是由：控制缓冲区、接收缓冲区和数据存储区这三部分组成。单片机通过串口的中断从而接收到来自GSM模块的数据，暂时存放在接收缓冲区，经分析处理后按一定的规律存放在数据存储区，然后根据显示方式依次从数据存储器中取出数据来放入控制缓冲区中。第三章 系统硬件设计 另外为了防止不正确短信的干扰，我们需要对接收到的短信进行过滤。手机短信的接收发送采用的都是PDU模式。PDU相当于一个数据包，它是由构成消息（SMS）的信息组成的。因为它是数据单元，它必定有保护时间、源/目的地址、协议类型、数据的格式和正文，正文长度不超过140字节，且要用十六进制来表示。PDU的结构依据短消息，是由移动终端发出，或者以移动终端为终点而决定。1.移动终端发出，PDU格式是： SMSC PDU类型MRDAPIDDCSVPUDLUD（0140octed） 2.以移动终端为终点，PDU格式是： SMSC PDU类型OAPIDDCSSCTSUDLUD（0140octed） 其中，SMSC是短信中心地址，DA/OA是源/目的地址，PID是协议的识别，DCS是数据编码，UDL是用户的数据长度，UD是用户数据，VP是有效时间，MR指出是发出消息，SCTS指出短信到达中心的时间。 根据设置的不同，手机可以将接收的短信保存于SIM卡中或存入缓存单元，单片机接收短消息的本质即从SIM卡中或缓存单元中读取信息。利用AT+CMGR和AT+CMGL两条指令就可以实现该功能。 不同的厂家对AT指令集的解释大有不同，因此单片机要在第一时间内确认是否可以与手机建立通信关系，通常情况下，用ATE指令就可以实现；再用AT+CMGF指令选中短消息数据格式；当手机接收到正确的回答后，用AT指令来完成读出这一部分。通常用AT+CMGL来读取之前的消息，当接到手机的振铃数据时，用AT+CMGR就可以读取实时信息。3.4 时钟脉冲电路AT89S52单片机拥有一个用来构成内部振荡器的反相放大器，XTAL1 和XTAL2 分别为放大器的输入、输出端。石英晶体和陶瓷谐振器都是可以用来一起构成自激振荡器的，晶振电路如图3.4所示。第三章 系统硬件设计第三章 系统硬件设计 图 3.4晶振电路石英晶振(使用12MHZ晶振) C1=C2=30PF。陶瓷谐振器 C1=C2=40PF。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。3.5 复位电路 AT89S52的复位引脚是第9脚，当此引脚连接的高电平超过了两个机器周期时，就可以复位。例如，时钟周期（即晶振的单位时间发出的脉冲数）为12MHz，每一个时钟脉冲就是1微秒，两个机器周期为2微秒，所以，第9脚就接一个2微秒的高电平的脉冲，就可以复位。复位电路如图3.5所示。图 3.5 复位电路常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书3.6 继电器驱动电路的设计本单元电路主要是由限流电路、指示灯、电流放大三级管和继电器等控制电路组成。首先，单片机AT89C52从P2.6口和P2.7口都用作输出控制信号。这2位数据连接2个整流二极管进行整流隔离，然后连接晶体三极管将电流放大。每个三极管的输出端都控制一路继电器，而每一路继电器也控制一路电器的开关。二极管指示灯串联在开关三极管基极作为电器开关指示。这样就可以完成单片机对多路电器的控制。设计采用控制带有继电器的电源插座来实现对家电的最终控制，诸如电饭煲、热水器、空调之类的电器只需插上插头，主控单片机即可通过控制插座中各继电器来控制电器电源的通断。该方式简单且易于实现。图3.6所示的为一路电器控制电路图，在本装置中一共有2路电器可以控制，其它电器控制相同。图3.6 继电器驱动电路3.7 GSM网络连接指示灯电路通过单片机的IO对三个LED小灯的亮灭进行控制，当单片机与GSM模块握手成功单片机控制三个LED灯常亮，当单片机与GSM模块通信失败，单片机控制三个LED小灯闪烁。达到单片机与GSM模块通信情况的显示。电路接法如图所示：第三章 系统硬件设计图 3.7 GSM网络连接指示灯电路接法图3.8 GSM模块与单片机的接口GSM与单片机模块的接口一般使用串行异步通信，通信的速率可设定，一般为19200bps。，因为要保证数据传输的可靠的，所以连接方式采用RS232电缆。这种连接法，电路不复杂，一般概括为，串行接口集成电路，电平转换电路，与GSM模块的连接，用到的芯片有单片机AT89S52，还有电平转换芯片MAX232，都是比较常见的芯片。接口电路如下：图3.8 串口连接图常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书3.9 系统原理图 见附录23.10 本章小结第三章 系统硬件设计本章主要介绍了系统的硬件设计，包括各部分模块的设计及相应的电路原理图，和单片机处理短息用到的指令。其中包括短信检测、解码检测、GSM信号解码、自动回馈信息和电器的控制等功能模块。基本完成硬件实物的焊接工作。本系统中每一个接口电路具有很强的实用性、具有很强的市场前景。本系统使用最简单的电路、最可靠的电路芯片实现了完善的功能。44第三章 系统硬件设计第四章 系统软件设计第四章 系统软件设计4.1软件设计的总体思路在系统启动之后，程序开始进行IO口的初始化，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波特率、选择串口通信的工作方式，并初始化标志位和变量参数。GSM模块的初始化主要包括以下几个方面：选择短消息的格式为TEXT模式、与单片机握手、调整在TEXT模式下的返回值中详细信息不显示出来、重新启动、打开串口中断做好接收数据的准备。首先程序已经设置好可位寻址的标志位，分布在AT89S52的地址单元的位寻址区2EH和2FH两个字节单元之中，目的是让模块可以对返回参数采取不一样的步骤。主循环函数是一个不断扫描内部程序存储ROM，寻找需要发送的数据块单元，并且判断是否能接收到指令的循环过程。前半部分是当接收到手机终端的短信数据时所需执行的操作指令。后半部分是通过不断遍历位寻址区查寻标志位是否被清0来实现的。如果GSM实时接收到了手机终端发送来的短信数据即单片机巡查到了数据块需要处理，主程序将快速调用SHELL函数，并且启动时钟中断服务程序。从而完成对GSM数据信息或应答帧的处理。主程序在完成89S52单片机和GSM通信模块的握手之后，就会马上打开串口中断，不断的接收GSM模块返回的参数和手机终端发送来的短信数据。在理论上数据块的发送和应答帧的发送，都是有可能针对GSM模块不同返回值的处理过程。系统运行时，GSM模块会自动发送一个AT信号给单片机系统，从而启动单片机系统的运行。应答信号可以是可执行的信号，也可以是不可执行的信号，这个是有我们子程序里面有描述的。在设置时，程序中为什么会在一开始就检测应答信号，原因有俩个。第一个是，当GSM模块正常运行时，在接收完短信后，单片机需要判断GSM是否收到了短信，判断的依据就是GSM模块是否返回应答帧。第二个是，当成系统启动时作为系统握手的启动信号；有了正确的应答信号。我们可以根据应答信号的内容，按照双方通信约定的协议，觉得单片机接下来要进行的操作.这样一来，如果应答信息超过了正常时间,那么程序将自动跳转到初始化之后。重新发送应答信息。重新验证短信。具体程序流程常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书图如下：图 4.1 程序流程图4.2 帧格式异步通信接口可以完成GSM模块对SMS模块的控制工作，它有一共有三种接入的协议：基于AT指令的Text Mode；基于AT指令PDU Mode；Block Mode。在本次设计系统中，发送和接收数据都为基于数字温度数据和命令字，为确保系统的准确性，SMS接收发送工作均采用TEXT模式。TEXT模式是基于字符的，详细的描述是基于ASCII码的一种结构模式。在此模式状态下，模块发出和接收到的信息帧格式如表1所示：第四章 系统软件设计表1 信息帧格式：帧 头桢序号数 据检验子 帧头是用来表示数据帧标记，是由固定字符“WQ”组成。帧序号是表示数据帧序号，是两个字节构成的。帧的序号是用来表示下位机的模块发出的递增型的数据帧序号和上位机的模块发出命令帧的序号，为使帧的结构简单表示出来，命令帧序号一般设定为00H。数据字段长度共有154个字节，最多可以发送77个字符（必须用TEXT模式，切忌发送汉字）。检验子是为了数据字段所有字节累加和的补码（补码即原码取反加上1），是由一个字节构成的。对于所有的帧结构，帧头字段必须是两个固定字符，这两字符均可以通过模块直接进行发送。在帧序号、数据、检验子这三个字段中，都有这样一个困扰：这三个字段都可能要发送一些模块不可以进行直接发送的一些字符，比如00H等。故采取一种新的编码方案，用高低4位分别都加上40H,拆为两个字节来发送，如，如果要发送00H,则模块就会发送40H、40H。实际上大多数字符都可直接进行发送，因为我们想采用一种简单化的程序算法为，所以才使用这种“一拆为二”的编码法。结果，这三个字段的实际字节数都扩大了两倍。在TEXT的模式下，一次行可以发送160个字节，这160个字节是这样构成的，帧头、帧序、检验子均占2个字节，数据占154个字节。应答帧也是双向传送的，它是由确认帧和非确认帧组成。确认帧是接收的一方，反馈给发送的一方的一种应答帧，表示接收方已准确的接收到了发送方发来的信息帧。确认帧的格式只有两个字段，这两个字段的内容都是不变的，表示为：帧头“WQ”和数据字段“ACK”,如表2所示。表2 确认帧格式WQACK非确认帧是接收方反馈给发送方的应答帧，意味着接收方接收到的是常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书无用的信息帧，格式如表3所示。表3 非确认帧格式WQNACK4.3 短信数据处理ExecData函数在时钟中断过程中，调用SHELL函数时，若接到了返回参数CMTI，则表明上位机的模块已经向下位机的模块发了短信，它可以是命令帧，确认帧或是非确认帧。这是，SHELL函数需对数据的内容进行分析，根据短信数据内容的不同进行不同处理。ExecData函数就能实现上述功能，它被SHELL函数调用，目的为分析，处理短信数据。ExecData函数工作过程如下：先对收到的数据进行判断，若为有效帧，（注意这里所说的有效帧仅是指帧格式正确）。ExecData函数就开始做出不同性质帧不同方法处理反应。以下分两种情况说明：第一，若收到有效帧的帧号是00H，即表示此帧是命令帧。ExecData函数立即判断I2C总线有没有被占用，若没被占用立刻抢占；若I2C总线处于忙的状态，就舍弃此帧。抢占到总线后，要判断命令帧的校验子正确与否，若正确则表示该帧数据正确，然后将短息数据写入到E2PROM的指定区域中，同时修改其相应的标志位f_ack，准备好向上位机的模块发确认帧；若校验子错误，ExecData函数会立即舍弃命令帧，并置位f_nack。第二，若收到有效帧的帧号并非00H,即