基于GSM短信模块的通信机房市电油机监测

基于GSM短信模块的通信机房市电油机监测系统第2页基于GSM短信模块的通信机房市电油机监测系统目录一、设计背景…………………4二、设计原理…………………42.1结构图………42.1.1GSM短信收发检测模块……42.1.2数据采样模块……………52.1.3时序图……………………52.2理论分析……………………5三、硬件电路简介…………63.1单片机原理及电路…………63.2串口通信原理及电路…………63.3SIM300电路…………………7四、GSM的SMS远程数据传送……………8五、短信的发送与接收……85.1基本概念……………………85.2SMS组成要素……………95.2短消息的发送格式………9六、PDU数据格式及AT命令……………96.1PDU简介…………………96.2接收／放送／短信中心号码编码…………106.3短信内容编码……………106.4有效时间算法……………106.5短信AT命令介绍…………10七、软件设计……………127.1流程图…………………127.2软件说明……………12八、总结…………………13一、设计背景目前手机短信息的应用越来越广泛，它已经不仅仅作为交流信息的工具，渐渐的开始用在工程上，如家电的远程控制、家庭防盗报警系统、电压的远程采集等。在通信机房中，电源是最基本的保证。市电停电后，油机又没有发电，则与其相关的通信设备无法工作，造成瘫痪和巨大的经济损失。如何在没有人的情况下，实时的检测市电和油机的电压信号也成为本次设计的核心。主要思路是将采集到的电压信号，通过GSM短信模块SIM300发送到管理者手机上，以便实时了解市电与油机的工作情况，实现无人检测。本文介绍了基于GSM短信模块SIM300的硬件电路和数据采集系统的硬件电路部份及软件编程部份，以及手机短消息的AT命令。借助系统模型，阐明GSM模块收发短信的基本概念以及串口控制SMS的基本原理。介绍了单片机通过数据采样控制GSM模块工作的软件实现过程。二、设计原理2.1结构图GSM网络2.1．1ＧＳＭ短信收发检测模块GSM网络数据采集数据采集管理者手机单片机ＳＩＭ３００模块管理者手机单片机ＳＩＭ３００模块控制输出控制输出复位信号：A市电正常复位信号：A市电正常4小时1次B市电停电1分钟1次电源ＳＩＭ卡ＳＩＭ卡电源电源ＳＩＭ卡ＳＩＭ卡电源2.1.端口1：:市电电压端口1：:市电电压有电：输出1停电：输出0端口2：油机电压发电：输出0停机：输出1降压（用手机充电器即可）短信内容：1市电正常，油机停机2市电正常，油机启动3市电停电，油机启动4市电停电，油机停机检测端口：1端口1:1，端口2:12端口1:1，端口2:03端口1:0，端口2:04端口1:0，端口2:1采样发送相应短信SIM300模块管理者手机2.1.３2.2理论分析市电正常的情况下，通过采样模块，单片机采集到端口1为高电平信号。反之，采集到低电平信号。而油机不工作时，通过采样模块单片机采集到端口2为高电平信号。反之，油机工作时，采集到低电平信号。单片机通过检测两个端口，对市电、油机的不同信号的组合，进行分析。最后控制ＧＳＭ短信模块，发送相应的短信内容。市电正常的情况下，单片机大约每隔４小时对信号采集一次（即复位信号大约每隔４小时一次）。而市电停电时，单片机大约每隔一分钟对信号采集一次。然后根据各自的情况发送相应的短信，以便管理者能实时监测到市电和油机的工作情况。三、硬件电路简介3.1单片机原理及电路STC12C5A60S2作为普通51单片机已与广泛应用于各种产品中，其接口简单，方便使用，且功能强大，因此本远程数据采集系统系统采用STC公司高密度非易失性存储器技术制造的STC12C5A60S2单片机作为主控制芯片。STC12C5A3.2串口通信原理及电路串行端口的本质功能是作为CPU和串行设备间的编码转换器。当数据从CPU经过串行端口发送出去时，字节数据转换为串行的位。在接收数据时，串行的位被转换为字节数据。在Windows环境(WindowsNT.Win98.Windows2000)下，串口是系统资源的一部分。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RS232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STC12C5A60S23.3SIM300电路GSM手机电路由无线收发信机、基带信号处理电路、基带控制电路、存储电路、键盘、显示器、外部接口等部分组成。射频单元。射频单元的发信通路将基带单元产生的270.833kbit/s的TDMA帧数据流信号接GMSK调制方法形成I、Q信号，再调制到900MHz或1800MHz射频信号，经射频开关，由天线发射出去，收信通路将天线接收的信号经低噪声放大、解调，产生基带I、Q信号，通过解调和均衡将模拟的I、Q信号进行数字化，恢复出数字基带信号，送基带电路处理。射频单元的本振信号通常从时基电路获得基准频率，然后采用锁相环技术实现频率合成。四、GSM的SMS远程数据传送SMS（ShortMessageService）短信息服务是GSM（GlobalSystemforMobileCommunication）系统中提供的一种GSM终端（手机）之间，通过服务中心(ServiceCenter)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电器、加热系统、防洪拦阻系统或其它机电系统的启动和关闭。由于GSM网络在全国范围内实现了联网和漫游，具有网络能力强的特点，用户无需另外组网，在极大提高网络覆盖范围的同时为客户节省了昂贵建网费用和维护费用。同时，它对用户的数量也没有限制，克服了传统的专网通信系统投资成本大，维护费用高，且网络监控的覆盖范围和用户数量有限的缺陷。比起传统的集群系统在无线网络覆盖上具有无法比拟的优势，加上GSM的SMS本身具备的数据传送功能，都使得这些应用得到迅速的普及。利用GSM短信息系统进行无线通信还具有双向数据传输功能，性能稳定，为远程数据传送和监控设备的通信提供了一个强大的支持平台。本文的远程数据采集系统就是根据GSM的SMS远程数据传送功能完成其远程控制的。五、短信的发送与接收5．1基本概念GSM中唯一不要求建立端-端业务路径的业务就是短消息，即使移动台已处于完全电路通信情况下仍可进行短消息传输。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。一个GSM用户发送短消息时，他必须至少在其内容中包含最终地址的识别符，和处理这消息的服务中心号码，然后请求传递。目的地为GSM用户的短消息必须首先先从发送方路由至短消息服务中心，然后再被路由至实际地址。5．2SMS组成要素SMS由几个与提交或接收相关的服务要素组成，如：有效期（在将短消息成功送达用户前SMSC需要保证的储存时间），优先性。此外，短消息还提供提交消息的时间、告诉移动台是否还有更多消息要发送，以及还有多少条消息要发送等。5．3短消息的发送格式有两种方式来发送和接收SMS信息：使用文本模式或者使用PDU(protocoldescriptionunit)模式。文本模式（可能某些手机不支持）实际上也是一种PDU编码的一种表现形式。在显示SMS信息，可能使用不同的字符集和不同的编码方式。最常见的选择是"PCCP437","PCDN","8859-1","IRA"和"GSM".这些都通过读取应用程序的at-command中的AT+CSCS指定。如果你想阅读手机上的信息，手机会为你选择一种合适的编码。那么一个可以阅读SMS消息的应用要么使用test模式，要么是PDU模式。如果使用text模式，那么应用将绑定（或限制在）一些可能的编码选择中。在某些情况下是不够的，如果使用PDU模式，那么就可以使用任何编码方式。六、PDU数据格式及AT命令6.1PDU简介PDU相当于一个数据包，它由构成消息（SMS）的信息组成。作为一种数据单元，它必须包含源/目的地址、保护（有效）时间、数据格式、协议类型和正文，正文长度可达140字节，它们都以十六进制表示。PDU结构根据短消息由移动终端发起或以移动终端为目的而不同。当由移动终端发起时，PDU的格式为：SMSCPDU类型MRDAPIDDCSVPUDLUD（0～140octed）当以移动终端为目的时，PDU的格式为：SMSCPDU类型OAPIDDCSSCTSUDLUD（0～140octed）其中，SMSC为短消息业务中心地址，DA/OA为源/目的地址，PID为协议识别，DCS为数据编码，UDL为用户数据长度，UD为用户数据，VP为有效时间，MR指明是发出信息，SCTS指明短消息到达业务中心的时间。6.2接收／放送／短信中心号码编码如号码位数是奇数位，末尾加“Ｆ”，并将只需将奇偶位对调即可。6.3短信内容编码A、7Bit编码：首先将字符转换为7位的二进制，然后，将后面字符的位调用到前面，补齐前面的差别。B、UCS2编码：将每个字符(1-2个字节)按照ISO/IEC10646的规定，转变为16位的Unicode宽字符(如“你”的UCS2编码就是“4F60597D0021”)C、8-bit编码：其实没有规定什么具体的算法，主要是用于发送数据消息。6.4有效时间算法VP值短消息有效时间长度0～143（VP+1）×5分钟144～16712时+（VP-143）×30分168～1961天×（VP-166）197～2551周×（VP-192）6.5短信AT命令介绍A.AT+COPS查询服务状态测试命令AT+COPS?响应OK注释：查询当前服务状态B.AT+CMGF选择短消息格式测试命令AT+CMGF=？响应+CMGF：（0-1）OK注释：PDU或TEXT模式读命令AT+CMGF？响应+CMGF：1OK注释：TEXT模式写命令AT+CMGF=<index>响应OK参数:<index>=0:PDU模式；<index>=1:TEXT模式例子AT+CMGF=0响应OKC.AT+CMGR读短信息AT+CMTI：“SM”，1注释：首先有命令AT+CNMI=2，1，0，0，0收到新短消息。AT+CMGR=2注释：读取错误的信息+CMSERROR：321AT+CMGR=1注释：在PDU模式下。+CMGR：2，，<length><CR><LF><pdu>OKD.AT+CMGS发送短信息写命令AT+CMGS=<length><CR><pdu><ctrl-Z>注释1A：ASCII码CTRL^Z：报文结束标志。<length>：不包括最初9个短信息元字节。注释：<CR>Chr$(34)<ctrl-Z>chr$(26)响应+CMGS：<mr>OK注释：成功发送。七、软件设计复位7.1流程图复位初始化检测端口1，端口2电压值初始化检测端口1，端口2电压值根据端口数据根据端口数据发送短信进入掉电模式进入掉电模式 7.2软件说明STC12C5A60S2的程序设计采用C语言编程，容易理解。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。GSM模块初始化包括重新启动、选择短信格式为PDU模式、开发串口中断准备接收数据。同时由于手机模块的AT命令的响影实时性要求不是很高故采用查询串口的方法编写。随后开始检测端口1，端口2的电压值，从而发送相应的短信到管理者手机上，来实现系统24小时的无人检测。八、总结通过这次设计，加强了我的动手、思考和解决问题的能力。我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从