毕业设计（论文）-基于GSM的IC卡消费管理系统设计.doc

基于基于GSMGSM的的ICIC卡消费管理系统设计卡消费管理系统设计摘摘要要随着通信技术和计算机技术的迅速发展，无线通信数据网络在工业、民用设备的数据传输中日益得以应用，无线远程数据采集与传统有线方式的远程数据采集相比具有不受地理环境、气候、时间限制等诸多优点。为提高远程数据采集和远程监控的方便性、灵活性和经济性，本文研究了基于GSM的IC卡消费管理系统设计。短信服务（SMS:ShortMessageService），作为GSM网络的一种主要的基本业务，它的传递是可靠的，因此，选用GSM的短消息业务来实现远程无线数据传输是可行的。在短消息业务快速发展的背景下，短消息在无线监控与数据传输方面的应用有着极为重要的现实意义和实际价值。基于GSM短信息功能可以做成传输各种检测、监控数据信号和控制命令的数据通信系统能广泛用于远程监控、定位导航、个人通信终端等；利用现有的GSM网络资源，发挥网络覆盖率高、传输性能好等优势，为现有的远程数据采集和远程监控提供一种便捷的无线数据传输方式。本系统由数据采集部分数据接收和发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数据存入存储器中数据收发模块采用双单片机共用E2PROM的方式单片机2控制数据从存储器转存入E2PROM中单片机1负责将数据从E2PROM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。本文首先介绍了课题研究的背景和GSM基本理论，其次，详细阐述了应用单片机AT89S52技术，选用TC35i模块，设计完成GSM无线数据传送的过程，主要是GSM终端软硬件的设计和调试，同时，该终端设备具有良好的通用性，可应用于不同的场合和系统中。最后，给合GSM网络无线数据传输技术，设计出IC卡消费管理系统。本系统具备体积小、价格低、可靠性较高的特点，并具备较为丰富的接口电路，可以以该系统为基础进行进一步的应用开发，能满足各类移动性强、数据传输量小的应用场合。也适合于偏远地区等不便架设通信线路的地方使用具有很好的应用前景。关键词：关键词：数据传输，GSM，单片机，TC35i，IC卡GSM-basedICcardmanagementsystemAbstractWiththerapiddevelopmentofcommunicationsandcomputertechnologywirelesscommunicationsdatanetworksintheindustrialcivilanddatatransmissionequipmentincreasinglyappliedwirelessremotedataacquisitioncomparedwithtraditionalwiredremotedataacquisitionhasfromthegeographicalenvironmentclimatetimeconstraintsandmanyotheradvantages.RemotedataacquisitionandremotemonitoringofconvenienceflexibilityandeconomytheconsumptionoftheICcardmanagementsystemdesignbasedonGSM.ShortMessageService(SMS:ShorttheMessageService)asthebasicoperationsofaGSMnetworkthetransmissionisreliableandthereforetheselectionoftheGSMshortmessageservicetoaremotewirelessdatatransmissionisfeasible.Inthecontextoftherapiddevelopmentofshortmessageserviceshortmessageinthewirelesssupervisorycontrolanddatatransmissionhasaveryimportantpracticalsignificanceandpracticalvalue.MadebasedontheGSMshortmessagefunctioncantransmitallkindsoftestingmonitoringdatasignalsandcontrolcommandsdatacommunicationsystemwidelyusedinremotemonitoringnavigationpersonalcommunicationterminaluseoftheexistingGSMnetworkresourcestoplaythenetworkcoverageratetransmissionperanceprovideaconvenientwirelessdatatransmissionforremotedataacquisitionandremotemonitoring.Thesystemconsistsofdataacquisitionpartofthedatareceiveandsendpartoftheterminalprocessingsectioncomposedofthreemodulesdataacquisitionmoduletothecollecteddataintoadatatransceivermoduleusingpairsofsingle-chipsharedE2PROMmicrocontrollercontroldatatransferfrommemorydepositedE2PROMmemorythemicrocontrollertoreaddatafromE2PROMandGSMmodulewithGSMnetworkdatasenttothemicrocontrollernotonlycontrolsthesendingofdatatocontroldatareceptioninhere.ThispaperfirstintroducestheresearchbackgroundandGSMbasictheorySecondelaboratedontheapplicationMCUAT89S52thechoiceoftheTC35imoduledesigniscompleteGSMwirelessdatatransferprocessmainlytheGSMterminalsoftwareandhardwaredesignanddebuggingthetheterminalequipmenthasgoodversatilitycanbeappliedtodifferentoccasionsandsystems.Finallytoco-wirelessdatatransmissiontechnologyforGSMnetworksthedesignoftheICcardmanagementsystem.Thissystemhasthesmallsizelowpriceandhighreliabilityfeaturesandrichinterfacecircuitthesystemasthebasisforfurtherapplicationdevelopmenttomeetthevarioustypesofmobilityasmallamountofdatatransferapplicationsoccasions.Alsosuitableforuseinremoteareasandotherinconvenientplacetosetupcommunicationlineswithagoodprospectofapplication.Keywords:datatransmissionGSMmicrocontrollerTC35iICcard中北大学2012届毕业设计说明书第I页共III页目目录录1绪论-31.1研究背景-31.2IC卡消费系统的研究现状-31.2.1IC卡消费系统国外研究现状-31.2.2IC卡国内研究现状-31.3理论与实际意义-31.4课程目标-32GSM通信技术简介-32.1GSM系统组成-32.2GSM系统的业务-32.2.1短信息业务-32.2.2SMS发展前景-32.3本章小结-33GSM终端的硬件设计-33.1GSM终端设计方案概述-33.2硬件设计的总体结构-33.3硬件资源介绍-33.3.1GSM模块TC35i-33.3.2单片机-33.4AT89S52电路设计-33.4.1芯片电源电路设计-33.4.2AT89S52芯片介绍-33.4.3串行通信设计-33.5TC35i外围电路设计-33.5.1TC35i电源电路设计-33.5.2SIM卡电路设计-33.6GSM终端PCB板的抗干扰可靠性设计-33.7本章小结-3中北大学2012届毕业设计说明书第II页共III页4GSM终端软件的设计-34.1终端软件实现-34.1.1收发短消息数据的AT指令-34.1.2收发短消息的格式-34.1.3主应用处理模块-34.1.4短消息的发送过程-34.1.5发送短信息的一般步骤-34.1.6短消息的接收过程-34.2IARMSP430集成开发环境Wordbench-34.3本章小结-35IC卡消费系统硬件设计-35.1IC卡消费系统两个终端-35.2总体方案-35.3系统硬件框图-35.4IC卡模块-35.4.1SLE4442的主要特征-35.4.2SLE4442卡的触点-35.4.3SLE4442卡的引脚定义和功能-35.5显示模块-35.5.1控制器接口信号说明-35.6报警模块-35.7本章小结-36IC卡消费系统软件设计-36.1主控程序设计-36.2SLE4442卡的读写-36.2.1传输协议-36.2.2指令-36.3LCD12864的控制-36.4本章小结-3中北大学2012届毕业设计说明书第III页共III页7结束语-3附录A电路图-3附录BPCB图-3附录CSLE442操作程序-3参考文献-3致谢-3中北大学2012届毕业设计说明书第第1页共75页11绪论绪论1.11.1研究背景研究背景随着计算机技术和网络技术的迅速发展，人类科学正进入信息时代，信息技术本身正对教育的改革产生深远的影响。现代化的学校少不了现代化的教学设施、设备的武装。建设“IC卡消费管理系统”，为学校的教师、学生和教学管理人员提供具有开放性、灵活性、面向学校应用服务的管理平台、是教学管理科学化的必要前提和基本途径，所以，“IC卡消费管理系统”的建设势在必行。随着社会的进步与变革，各学校原有的消费和管理模式已不能适应新的发展要求，基于目前现状“IC卡消费系统管理”应运而生。所谓“IC卡消费系统管理”即在学校内，凡有现金、票证或需要识别身份的场合均采用卡来完成。此种管理模式代替了传统的消费管理模式，为学校的管理带来了高效、方便与安全。建立先进的信息管理系统是实现高等教育现代化的必由之路，而智能卡技术的推广运用，则是推进高校信息化管理的重要举措之一。IC智能卡可供学生用于校园内部处理杂务，购买食品、饮料、书本，借阅图书，查资料，洗澡等。学生只需在管理中心开设帐户并存入金额，即可启用其电子钱包功能，可反复充值，“IC卡管理系统”可真正意义地实现“一卡在手，走遍校园”。独具特点的通用查询子系统使其可充当管理学校日常消费、管理的角色，并为领导的决策提供可靠的数据依据，同时也为教职员工和学生提供了方便。随着智能技术的高速发展和计算机应用的普遍推广，在国家机关、学校、公安部门的信息管理中引入智能卡应用系统正逐步成为一种趋势。作为其一员的IC卡消费系统也不甘示弱地充当着重要的角色，广泛地应用于食堂、超市等收费系统中，用于控制现金的直接流通。这一功能有效的解决了传统的饭票流通所带来的不卫生、零钱不够找、工作人员偷饭票、学生伪造饭票等一系列让管理者费尽脑思的疑难问题。由于IC卡消费系统在安全性、可靠性、使用寿命和对环境的适应性方面均优于其它系统，克服了以往光电卡、磁卡、条码卡信息外露、易伪造、不安全等缺点，使得它逐以风靡全球。为此它也正朝着单方面应用（电子货币）向“一卡多用”的方向延伸和发展，并且具备技术的成熟性和实用性，对加强资金管理、提高管理水平和效率起到重要的促进作用。中北大学2012届毕业设计说明书第第2页共75页1.21.2ICIC卡消费系统的研究现状卡消费系统的研究现状1.2.1IC卡消费系统国外研究现状这些年来，一卡多用已经在世界各个地方多个行业得到了广泛应用。由于美国在电子货币流通方面做了很多的研究，特别是在公共交通出行方面，但还没形成完整的规模，通过多方面的分析指出，跨行业应用非接触式IC卡为载体的货币流通方式是发展方向，同时为一张卡应用到多行业问题做了探讨。最初，在TransLink项目中起初采用磁卡，后来这个项目的负责人研究了各种接触式和非接触式卡的技术。在其他一些国家，通过对综合系统和IC卡技术相结合的研究，给出了可以建设以非接触式IC卡为基础的城市多行业收费系统。克里夫兰地区的交通部门对一系列能够参与整个消费系统的各行各业做了组织方式的分析，最后，决定将接触式与非接触式IC卡结合的方式。针对3于一些其他的消费系统没有做广泛的研究和实验，在一些本身的行业内做了一些实验，在此基础上，得到了一些资料进行了各方面的评估进行广泛的推广，比较典型的系统包括：1996年德国的PayCard项目；1994年华盛顿地铁Smartrip工程；纽约运输局MetroCard项目；1995年澳大利亚悉尼一卡通系统等。这些国家完成的项目有一些相似的特点就是都是现在交通行业应用，通过研究再将其推行到其他的消费领域中。由于没有对跨行之间结合做充分的计划，虽然在交通上这些系统比较完善，但与其他行业的结合并不是那么的完善。1998年，DanielFleishman，CarolSchweiger，DavidLott等人通过最一卡多用系统做了详细的调查后总结了运营模式，提出要在具体的组织形式、规范的条文和技术、统一的管理模式下完成初步的规划设计，但是，并未涉及具体内容和方法以及一卡多用系统的评价。2000年的时候，弗吉尼亚州运输局通过大范围的调查华盛顿用户消费市场的特性，对整个地区的十年规划的远景、实施战略和收费系统的逻辑结构提出了具体的计划。目前，美国为了指导一卡通的规划和实施，就对城市公共交通的一卡通系统的指导方针和规范做了详细的研究。1.2.2IC卡国内研究现状与其它一些交通方式相比，公共交通出行具有环保、节约能源、城市用地和缓解交通拥堵方面等方面明显的优势，但目前国内大部分城市的公共交通发展却严重滞后于经济发展和社会需求。在经济发展相对落后的城市，资金缺乏是城市中北大学2012届毕业设计说明书第第3页共75页公共交通发展滞后的一个主要原因，而在一些经济相对发达地区，私人交通方式的快速发展给城市公共交通发展带来较大的阻碍，同时政府也在公共交通发展上的政策不够完善，使得公共交通的发展步履维艰。但是也有城市在早期就意识到发展公共交通的重要意义，并在政策和资金上给予支持，使得城市的交通状况得到较好的改善。自从1993年，金卡工程的实施使我国各行各业的建设领域也将先进的IC卡技术引进进来，并逐步得到开发与应用，现已取得显著的成果。北京、上海、重庆、广州、深圳、西安等二十多个城市在公交、燃气、自来水等领域试用。IC卡智能水表自动收费系统在大连、哈尔滨等地已有应用；IC卡智能燃气表自动收费系统在西安、南宁等地已有应用；IC卡公交(公共电车、汽车、出租车、地铁以及轮渡等)自动收费系统在深圳、贵阳、上海、南京、大连等地已有应用；路桥不停车IC卡自动收费系统、小区物业管理IC卡自动收费系4统以及有关IC卡住户信息管理系统在深圳等地已经出现公园、风景名胜区门票lC卡自动收费系统在武汉等地已有应用。1.31.3理论与实际意义理论与实际意义随着信息业和服务业全球化的发展，人们对信息载体的便携性、高安全性及易用性等方面提出更高的要求，于是非接触式IC卡以其无接触磨损、容易维护、方便使用等优点，成为了IC卡中发展潜力最大的信息载体收到各行各业的瞩目。由于非接触式IC卡具有更加方便，快捷的特点，可广泛应用于电子钱包，地铁自动收费，公交自动售票，停车自动收费，食堂售饭，考勤和门禁等多种场合。根据CCID统计的资料，2002年我国共发行各种IC卡4.28亿张，总的销售额约为28.2亿元，其中非接触式IC卡共发行了3795万张，约占总发卡量8.9。尽管目前非接触式IC卡在各行各业发行的数量比重不是很大，但随着用户对便捷性和安全性的要求的不断提高以及非接触式IC卡本身所具有的优点，对非接触式IC卡的需求将会逐渐增加，应用将会越来越广，所占的比例也会稳定上升，非接触式IC卡是在IC卡技术应用的一个质的飞跃，具有更好的保密性，较大存储量，较高安全度，它的出现是真正意义上的城市交通成为可能。一卡多用的特点是：整个系统同时覆盖几个行业和公共事业单位的多个系统，消费POS站点、发卡储值网点、大量持卡用户均通过该收费管理系统实现自动消费和缴费，并且在系统中北大学2012届毕业设计说明书第第4页共75页内传输的数据均为含金额的交易数据，整个系统结构庞大，流水数据量大。由于以上的应用特点，整个系统的安全性和可靠性需要重点考虑。非接触式IC卡的多用与单行业非接触式IC卡应用系统相比较，一般来说还具有以下特点：由于系统由多个行业的应用组成，每个行业有各自行业的特殊性，一卡多用安全性要求更高、应用软件复杂性和可靠性的要求相对也更高一些。IC卡在城市建设行业中的具体应用行业有：城市公共交通、出租车、园林(公园)、燃气、房水、道路桥、停车场、物业管理的收费与管理。利用先进的非接触式IC卡技术和高效GPRS的网络系统，可以为公共交通系统提供安全可靠、方便高效的支付方式和完整的数据处理系统，为提高公共交通系统行业的服务质量，树立城市行业优质高效服务的新形象奠定坚实的技术基础。在我国，1993年开始IC卡得到了应用，虽然起步比较晚，但其快速的发展是让人刮目相看的。据不完全统计，96、97两年全国共发行了6000万张IC卡，98年发行了8000万张IC卡。目前，我国还没有完全形成网络化的非接触式IC卡应用系统，没有庞大的系统设备发展惯性，这样我们可以采用最新技术来发展非接触式IC卡技术在中国的应用。由此可见，我国非接触式IC卡具有十分广阔的应用前景，而且具有其他发达国家无法比拟的优势，在不久的将来，我们会迎来一个IC卡应用的大发展。本课题正是在这一大的应用背景下应运而生的，对于中国城市交通收费系统的实际应用，对于建设部在城市交通领域的试点和相关应用标准的确定，都有较好的参考和借鉴价值。1.41.4课程目标课程目标基于GSM的IC卡消费系统是数字化校园的一个重要组成部分，实施IC卡消费系统是为广大师生员工的教学、科研学习和生活提供以人为本的电子服务。本论文通过对本校数字化校园基础融入GSM网络系统着手进行研究，通过基于GSM网络技术的研究，实现数据的无线传输方式，对校园IC卡消费系统进行总体规划与设计，以软件集成为主、辅以硬件集成的综合信息管理系统，通过具体的需求分析、总体设计、模块设计，最终实现构建在数字化校园。中北大学2012届毕业设计说明书第第5页共75页22GSMGSM通信技术简介通信技术简介GSM(GlobalSystemobileCommunications全球移动通信系统)，是目前基于时分多址技术的移动体制中最成熟完善、覆盖面最广、功能最强、用户最多的移动通信系统。GSM系统作为一种开放式结构和面向未来设计的系统，具有抗干扰能力强、鉴权和加密功能、确保用户保密和网络安全、覆盖区域内的通信质量高等特点。GSM系统具有灵活和方便的组网结构，在数据通信方面能满足用户对大容量、高密度业务的要求。欧洲各国为了建立全欧统一的数字蜂窝通信系统，在1982年成立了移动通信特别小组，提出了开发数字蜂窝通信系统的目标。1986年，欧洲有关国家在进行大量研究和实验的基础上，向GSM提出了8种不同的方案，并在法国巴黎进行了现场测试，对8种方案进行了比较和论证，最后制订出GSM标准，于1988年公布。1991年，第一个实用系统在欧洲开通，同时，GSM被更名为“全球移动通信系统”。从此移动通信跨入了第二代数字移动通信的发展阶段。此后，GSM系统又经历了不断的改进与完善。尽管其他的一些二代数字系统（如北美的ADC和日本的PDC）也陆续被开发出来并投入使用，但是由于GSM系统规范、标准的公开化和优点的诸多性，很快就在全世界范围内得到了广泛的应用，实现了世界范围内移动用户的联网漫游。2.12.1GSMGSM系统组成系统组成GSM的各个字系统又是由若干个功能实体构成的。所谓功能实体，指的是通信系统内的每一个具体的设备，它们各自具有一定的功能，完成一定的工作，如VLR、HLR等。各个子系统之间是通过接口来连接的，如Um接口、A接口等，各个子系统之间的路由又分为通信路由和信令路由两种。GSM系统的整体结构框图如图2.1所示。GSM蜂窝移动通信系统主要包括三个相互独立的子系统；网络交换子系统（NSS）、无线基站子系统（BBS）和移动台（MS）。其中BBS介于MS和NSS之间，提供和管理它们之间的信息传输通路，也管理MS与GSM系统的功能实体之间的无线接口。NSS保证了MS与相关的公用通信网（如ISND和PSTN）或与其他MS之间建立通信。也就是说，NSS不直相接与MS相互联系，BSS也不直接与公用通信网互相联系。中北大学2012届毕业设计说明书第第6页共75页MS：移动台BSS：基站子系统NSS：网络交换子系统SC：短信息业务中心OMC：操作维护中心MSC：移动业务交换中心VLR：来访位置寄存器HLR：归属位置寄存器AUC：鉴权中心EIR：移动设备识别寄存器BSC：基站控制器BTS:基站收发台PSPND：分组交换公用数据网PSTN：公用电话网ISDN：综合业务数字网图2.1GSM系统整体结构图（1）移动台（MS）为便携台（手机）或车载台，也可以配有终端设备（TE）或终端适配器（TA）。（2）基站收发台（BTS）包括无线传输所需要的各种硬件和软件。如：发射机、接收机、支持各种小区结构（如全向、扁形、星状或链状）所需的天线、连接基站控制器的接口电路以及收发台本身所需要的检测和控制装置等。（3）基站控制器（BSC）是基站收发台和移动交换中心之间的连接点，也为基站收发台和操作维护中心之间交换信息提供接口。一个基站控制器通常控制几个基站收发台，其主要功能是进行无线信道管理，实施呼叫和通信链路的建立和拆除，并为本控制区移动台的越区切换进行控制等。（4）移动交换中心（MSC）是蜂窝通信网络的核心，它主要功能是对位于本MSC控制区域内的移动用户进行通信控制和管理，主要完成以下功能：1）信道的管理和分配；2）呼叫的处理和控制；3）越区切换和漫游的控制；4）用户位置信息的登记与管理；5）用户号码和移动设备号码的登记与管理；中北大学2012届毕业设计说明书第第7页共75页6）服务类型的控制；7）对用户实施鉴别；8）为系统中连接其他MSC和为其他公用通信网络，如公用交换电信网（PSTN）、综合业务数字网（ISDN）和公用数据网（PDN）提供链路接口，保证用户在转移或漫游的过程中实现无间隙服务。由此可见，MSC的功能与固定网络的交换设备有相似之处，如呼叫的接续和信息的交换；也有特殊之处，如无线资源的管理和适应用户移动性的控制。（5）原籍位置寄存器（HLR）是一种用来存储本地用户位置信息的数控库。在蜂窝通信系统中，通常设置若干个HLR，每个用户都必须在某个HLR（相当于该用户的原籍）中登记。登记的内容分为两类：一种是永久性的参数，如用户号码、移动设备号码、接入的优先等级、预定的业务类型以及保密参数等；另一种是暂时性的需要随时更新的参数，即当用户当前所处位置的有关参数，即使用户漫到HLR所服务的区域之处，HLR也要登记由该区传送来的位置信息。这样做的目的是保证当呼叫任一个不知处于哪一个地区的移动用户时，均可由该移动用户的原籍位置寄存器获知它当时处于哪一个地区，进而建立起通信链路。（6）访问位置寄存器（VLR）是一个用于存储来访用户位置信息的数据库。一个VLR通常为一个MSC控制区时，它必须向该地区的VLR申请登记。VLR要从该用户的HLR查询其有关的参数，要给该用户分配一个新的漫游号码（MSRN），并通知其HLR修改用户的位置信息，准备为其他用户呼叫此移动用户时提供路由信息。如果移动用户由一个VLR服务区移动到另一个VLR服务区时，HLR在修改该用户的位置信息后，还要通知原来的VLR删除此移动用户的位置信息。（7）鉴别中心（AUC）的作用是可靠地识别用户的身份，只允许有权用户接入网络并获得服务。（8）设备标志寄存器（EIR）是存储移动台设备参数的数据库，用于对移动设备的鉴别和监视，并拒绝非法移动台入网。（9）操作和维护中心（OMC）的任务是对全网进行监控和操作，例如：系统的自检、报警与备用设备的激活，系统的故障诊断与处理，话务量的统计和计费数据的记录与传递，以及各种资料的收集、分析、与显示等。以上概括地介绍了数字蜂窝系统中各个部分的主要功能。在实际的通信中，中北大学2012届毕业设计说明书第第8页共75页由于网络规模、运营环境和设备生产厂家的不同，以上各个部分可以有不同的配置方法，比如把MSC和VLR合并在一起，或者把HLR，EIR和AUC合并在一起。不过，为了使各个厂家所生产的设备可以通用，上述各个组成部分的连接都必须严格地符合规定的接口标准。GSM系统遵循CCITT建议的公用陆地移动通信网（PLMN）接口标准，采用7号信令支持PLMN接口进行所需的数据传输。这些接口共有以下几种：1）移动台与基站之间的接口（Um）；2）基站与移动交换中心之间的接口（A）；3）基站收发台与基站控制器之间的接口（A，基站收发台与基站控制器不配置在一起时，使用此接口）；4）移动交换中心与访问位置寄存器之间的接口（B）；5）移动交换中心与原籍位置寄存器之间的接口（C）；6）原籍位置寄存器与访问位置寄存器之间的接口（D）；7）移动交换中心之间的接口（E）；8）移动交换中心与设备标志寄存器之间的接口（F）；9）访问位置寄存器之间的接口（G）。在GSM网络中，还配有短信息业务中心（SC），即可开放点对点的短信息业务，类似数字寻呼业务，实现全国联网，又可开放广播式公共信息业务。另外配有语音信箱，可开放语音留言业务，当移动被叫客房暂不能接通时，可接到语音信箱留言，提高网络接通率，给运营部门增加收入。2.22.2GSMGSM系统的业务系统的业务GSM系统在创建之始就把能提供窄带ISDN业务作为自己的目标，因此GSM系统所能提供的业务与ISDN业务有相同之处，只是GSM系统更侧重于这些业务在无线方面的应用。GSM系统的业务可以分为基本电信业务、承载业务和补充业务三大类。简单来讲，电信业务主要提供移动台与其他应用的通信；承载业务主要提供在确定用户界面间传送信息的能力；而补充业务则集中体现了全部使用方便和完善的服务。电信业务是指端到端的业务，它包括开放系统互连OSI的1-7层的协议。GSM系统可以提供的电信业务大致可分为两类：语音业务和非话业务。话音业务是GSM系统提供的基本业务，允许用户在世界范围内任何地点与固定电中北大学2012届毕业设计说明书第第9页共75页话用户、移动电话用户以及专用用户进行双向通话联系。非话业务又称数据业务，是指话音业务之外的业务。它提供了固定用户和ISDN用户所能享用的业务中大部分的业务，包括文字、图像、传真、计算机文件、Internet访问等服务。具体来讲，GSM系统能够提供的电信业务为：电话业务、紧急呼叫业务、话音信箱业务、短信息业务、可视图文接入业务、智能用户电报传送业务、传真业务。本设计中，重点应用的是电信业务中短信息业务，下面重点介绍短信息的业务。2.2.1短信息业务（一）背景当今社会流行着一种新的时尚，被称为“拇指文化”，尽管历来认为是五个手指中最笨拙的手指，但是移动信息的出现改变了它的历史地位。我们到处能见忙碌着发送短信的人们。短信在经历了SMS（ShortMessagingService，短信息业务）、EMS（EnhancedMessagingService，增强型信息业务）后，又发展到今天的MMS（MultimediaMessagingService，多媒体信息业务）。MMS将用户从黑白世界带。（二）SMS的定义SMS（ShortMessageService）意为短信息业务，可以提供移动终端（主要是手机）与其他移动终端或固定网络终端之间文本型短信息的传递服务。即采用SMS技术。消息即可传递于移动网络（如GSM网络）用户之间，又可以传递于移动网络用户与固定网络（如PTN）用户之间。而这里的文本可以包括字符、汉字及数字串。SMS属于第一代的无线数据服务。（三）SMS的网络结构通常大多数人认为消息是实时传送的，而事实上并非如此，消息的传送必需要以短消息业务中心中转站。短信息业务中心是在功能上与GSM网完全分离的实体，但是也可以包含于GSM基站中。GSM系统即可以实现点对点的短信息通信，也可以实现点对多点（即广播式）短信息通信。但无论是哪种短信息通信，SMSC的功能考题存储和转发。借助于基站及与GSM互联的其他网络，SMSC不仅可以服务于GSM用户，也可以服务于具备短信息收发功能的固定网络用户。除了短信息业务中心以外，GSM系统中的基站作为移动台与消息中心惟一的中间传递者（SMS消息中继点），必须要添加一个或多个标准化接口，以便于SMSC进行互通。中北大学2012届毕业设计说明书第第10页共75页此外，这里，的终端设备（TE），无论是原有的移动台还是数据设备（如计算机），也都必须要有相应的功能单元。（四）SMS的工作过程及两大机制无论是GSM用户之间，还是GSM用户与固定网络用户之间，要进行短信息通信时就必须经过业务中心，这实际上是一种资源的浪费。如图2.2所示为固定网络用户向GSM用户发送短信息的流程图，其具体过程描述如下：首先短信息被送往业务中心，由业务中心中的自动接收设备接收并存储起来，再转发给被叫用户。如果被叫用户接收了短信息，其终端设备就会发回一个“消息收到”信令；如果由于某种原因被叫用户没有收到这个短信息（如正忙、关机或覆盖区以外），业务中心由于不会收到“消息收到”的信令，会认为是发送未成功，则等到网络一旦确认被叫用户能被接通时，就会再将这条短信息发出，直至收到接收确认信号为止。同时，中心会把短信息已收到的信息通知用户，以便用户了解短信息传送的结果。此外，移动用户可以把接收到的短信息逐条存放在移动台的存储器内，以便查阅。由此可见，GSM系统的SMS技术包含两大机制；存储转发机制和传递确认机制。正是这两大机制保证了短信息传递的可靠性，也使得它与无线寻呼系统的文字寻呼相比显得更为优越。图2.2发送短信息的流程图（1）存储转发机制。SMS传送短信息数据包的工作由移动网络中的短消息中心来完成，而不是用户终端。因此，如果用户终端不在服务区内或者正处于关闭状态，短信息能够被存储在短信息中心，等用户终端在服务区内或者开机之后再转发给它。（2）传递确认机制。在电路交换数据环境（如普通的GSM网络）中，连接是中北大学2012届毕业设计说明书第第11页共75页端到端的，所以用户能够知道连接是否完成以及数据传递的情况。用户在发出短消息后，如果发送成功即会收到确认信息；如果因网络忙等原因而未发送成功，则会收到系统请求稍后重发的信息。（五）SMS业务的分类（1）根据业务特点，短信息可分为：实时点播业务，如股票信息、外汇牌价、标题新闻、话费查询等。定时通知业务，如股票告警、定时提醒、话费通知、欠费催缴等。交易类业务，如资金转帐、证券委托等。Internet接入业务等，如传真、收发E-mail等。（2）根据信息类别，短信息可分为：公共信息，如天气预报、航班查询、标题新闻等。财经信息，如股市行情、外汇价位、股票告警、外汇到价提示等。Internet接入，如Internet收发短信息、E-mail通知等。全球定位（GPS），如车辆的跟踪和调度等。（3）根据发送方式，短信息可分为：点对点的短信息广播业务。这种业务通常只限定在一个特定区域内，如一个无线覆盖小区，所发送的短信息大都是系统通知消息或是广告信息。点对点的短信息业务。（六）SMS的特点（1）通话互不干扰短信息业务不占用数字业务信道（话音信道），它是通过数字控制信道（信令信道）传递的，而数字控制信道除了传递与数字业务信道相关的信令信息外，只传送短信息。因此，信息发送或接收即可在MS处呼叫状态（如通话）时进行，也可以在空闲状态下进行。（2）使用方便短信息的输入类似于通过键盘向计算机进行的输入，十分方便。移动的存储器内可以存储多条短信息，以备发送不成功后的再次发送，或者存储接收到重要信息的保存及以后的转发。（3）价格低廉中北大学2012届毕业设计说明书第第12页共75页短信息的价格一般是0.1条，相信以后会越来越越低。（4）应用广泛短信息和苦于短信息的各种新业务层出不穷，如与话音信箱相结合的业务等；它不仅可以在不同的移动网络之间传递，还可以实现与计算机互联网的互连。（5）信息传递准确及时通过SMS，人们可以及时，动态地获知股市行情、外汇牌价、交通旅游方面的信息；通过存储转发机制和传递确认机制，不论单个或在整组消息收发，都能保证其传输的可靠性。（七）SMS的缺陷（1）消息长度受限由于许多移动台要共用数字控制信道，因而，为了避免争用造成的延迟过长和负荷过重，一般来讲，短信息的长度在点对点通信中限制在140个字节，在广播通信中限制在83个字符以内。而且SMS在发送较短信息时还比较划算，但若发送大量消息时却并不经济。相比之下EMS、MMS等会话的数据量就可以大很多。（2）消息格式单一只能支持简单文本，同支持图像、视频、音频的MMS相比，SMS未来的发展潜力不大。（3）消息结构不灵活GSM30、40标准定义的SMS协议数据单元（PDU）结构不够灵活，数据编码方案、源地址、协议标识及其它首域都是固定的，不利于新业务的扩展，3G将对这些弊端进行改进和完善。（4）采用的信令信道速率低信令信道的资源是很宝贵的，它要完成许多“份内”的任务，如定位手机、管理呼叫等，如果短信息业务量太大，整个移动网络的通信性能就会大打折扣，MMS将不再使用信令信道，所以速率会较SMS有实质性的提高。（5）存储转发机制效率低在SMS中，每一条信息从发送到接收，都要经过短信息中心的存储和转发，通信效率自然会受到影响，并且还增加了短信息中心的处理负荷。UMTS委员会将中北大学2012届毕业设计说明书第第13页共75页把它修改为有选择性地存储，即接收消息之后即将其传送，如果无法传送出去，再存储。其实，在有些情况下，短信息根本就没有必要在短信息中心进行存储，从手机到手机直接传送则更方便。2.2.2SMS发展前景SMS有利也有弊，消息技术发展的出发点自然是扬其长避其短，SMS的优点将会被集成到以后的EMS、MMS中，缺点将会逐个抛弃。不过，由于基础网络设施、终端设备、技术规范、市场意识都已经形成，从保护投资的角度出发，运营商也不愿很快推出取代SMS的新业务，所以，在最近三四年内，SMS仍将保持快速增长的态势，但随着时间的流逝，GPRS等更先进的数据业务将逐渐风行，EMS、MMS等新业务将逐渐取代SMS。2.32.3本章小结本章小结本章主要介绍了GSM通信技术。首先阐述了GSM系统的组成并详细介绍了各个模块的功能，其次介绍了GSM系统的业务，最后深入介绍了短信息的业务。由于本文主要研究的是基于GSM短信息的无线通信，所以本章对短信息的定义、结构、工作过程、分类、特点、缺陷及其前景进行了详细的介绍。中北大学2012届毕业设计说明书第第14页共75页33GSMGSM终端的硬件设计终端的硬件设计3.13.1GSMGSM终端设计方案概述终端设计方案概述目前，对于GSM移动通信终端的设计，主要有两种解决方案。一种称为“芯片组法”，另一种是基于“无线通信模块”的方法。两种方法在使用中各有千秋，各自的优缺点也相当明显。“芯片组法”顾名思义是指设计者使用半导体芯片生产商