基于FPGA的802.3帧同步设计

摘要目前GSM(GlobalSystemforMobileCommunication)移动通信技术，红外技术和蓝牙技术是世界上比较流行的无线数据通讯技术。GSM系统是目前基于时分多址技术的移动通讯体制中比较成熟、完善、应用最广泛的一种系统。随着我国移动通信技术的不断发展，语音通信和短消息通信作为GSM系统中最基本的通信方式，正进入快速增长的时期，利用移动通讯技术实现远程控制己经有着越来越广阔的理论和实践研究价值。围绕“单片机控制GSM模块收发短信”这一热点课题，本文阐述了相应的GSM无线终端的设计方案，在设计中利用Atmel公司的8位单片机AT89S51和Siemens公司的GSM模块TC35i实现了一款具有短信收发功能兼具有下位机采集电压、温度数据功能的GSM系统。系统主要由TC35i及其外围电路、单片机、LCD显示部分、监测电路构成。本文首先介绍了课题的实际意义以及远程监测数据采集技术的现状；其次对GSM中的短消息业务作了详尽的描述，包括短消息服务种类、短信的特点、短信传输流程、AT指令集；然后完成了对整个系统的硬件、软件设计，包括TC35i的外围设计及单片机采集系统；最后通过对系统的调试，完成了系统的任务，并对课题进行了拓展。论文研究的重点是单片机如何通过控制GSM模块实现短消息的发送、接收的功能。关键词：TC35i；短消息；单片机；C51-PAGEIV-ABSTRACTIntheSynchronouscommunicationsystems,"synchronized"isthepremiseofinformationtransmission.Fortherecipient,simultaneouslyaffecttheprocessingsubsequentinformation,onlybygettingthecorrectframesynchronoustorestoretheframeinformation,furtheranalysisoftheframestructure,toobtaintheinformationtheyneed.Therefore,theframesynchronizationistheprerequisiteandbasisforfollow-updataprocessing,thetaskofframesynchronizationistoreignthebasisofthesynchronizationinformationtoidentifythemomentofthebeginningandtheendofframesofdigitalinformation.Inthepastfewdecadeshavebeenalotofframesynchronization,oneofthemostcommonmethodofframesynchronizationisperiodicallyinsertafixed-lengthheaderofframesynchronizationcodeinthebeginningofaconcentrated.Currently,theframesynchronizationtoachievethemaincorrelationmethodbasedonmaximumlikelihood(ML),similartothenaturalratiotestmethod.Aroundthehottopicsof"FPGA-based802.3synchronousdesign",Inthispaper,basedontheFPGAchip,throughtheresearchof802.3formattodesignthesystemofbasedon802.3FPGAsynchronization.TheSystemofresearchmainlybythedesignoftheframesynchronizationsystem,theFPGAsimulationandimplementationofseveralaspectsofcompositionof802.3synchronous.ThispaperfirstintroducestheanalysisofthepracticalsignificanceofthesubjectaswellasEthernet802.3format;Secondly,madeadetailedstudyoftheframesynchronizationalgorithmforVHDLlanguage,thencompletedthroughVHDLlanguagebasedonFPGAhardwareto802.3synchronoussystem;finallydebuggingthesystemtocompletethetaskofthesystemandmakethedevelopmentonthesubject.Thefocusofthethesisishowtomake802.3synchronizationsystembasedonFPGAdesigntasks.KeyWords：TC35i；SMS；MCU；C51目录摘要 IABSTRACT II1.绪论 11.1研究的背景 11.2远程监测/数据采集技术的现状与发展 11.3研究的主要内容 22.短消息简介 32.1GSM短消息业务介绍 32.1.1短消息业务 32.1.2短消息的特点 42.1.3短消息的工作过程 52.1.4短消息的编码方式 62.2AT指令简介 63.下位机系统硬件设计 93.1系统整体设计 93.2无线模块硬件电路设计 103.2.1TC35i模块介绍 103.2.2电源电路设计 123.2.3外围电路设计 123.3单片机监控系统硬件设计 133.3.1AT89S51单片机简介 133.3.2信号采集电路 143.3.3LCD显示电路及键盘 144.下位机系统软件设计 154.1通信协议 154.2主程序设计 154.2.1总体流程图 154.2.2模拟量采集程序设计 174.2.3数字量采集程序设计 194.2.4LCD显示程序设计 204.3GSM模块软件设计 234.3.1GSM模块初始化设计 244.3.2GSM模块接收程序 264.3.3GSM模块发送程序 275.实时采集系统的调试 295.1调试工具 295.2硬件调试 295.3软件调试 305.4系统联调 30总结与展望 31参考文献 32附录1外文文献译文 34附录2外文文献原文 42附录3系统原理图 43附录4硬件实物图 44附录5部分程序源代码 45致谢 53大连大学学位论文版权使用授权书 54 -PAGE42-1.绪论1.1研究的背景近年来，移动通信在全球范围内迅猛发展，数字化和网络化已成为不可逆转的趋势。现有的第二代移动通信系统到目前为止已经相当成熟，到2006年3月末，我国己经有移动用户约409亿，互联网用户也已经超过1亿户。随着移动通信技术、互连网技术和计算技术的飞速发展，移动通信已经不在局限于单纯的话音通信，把移动和PC结合起来已经为不可阻挡的趋势，于是提出了第三代移动通信系统的概念，其核心是宽带宽、速率高、多媒体，并且移动通信和因特网在移动环境下提供服务是其主要业务特征，它将使人们的生活方式发生巨大变化，生活的自由度将会空前增加。现在单片机和PC及通过串行接口构成的多微机系统已经广泛应用于工业控制、环境监测等场合，这些系统大多采用RS-232、RS485或是有线Modem的通信方式，虽然很经济适用，但是有线数据传输方式很大程度上限制了其使用的场合，针对这种情况，可以利用GSM网络进行数据传输，在单片机系统里利用GSM无线模块，结合已有的单片机系统通过RS-232接口实现数据的无线传输。1.2远程监测/数据采集技术的现状与发展远程数据采集系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，它可以对现有的运行设备实现数据采集、设备控制、测量以及参数调节等各项功能，与计算机软件、信息、自动化、数据库、网络等技术的发展紧密相关。远程数据采集系统的通信技术是制约其应用范围的最主要的因素，在很多情况下，通信条件的好坏直接决定数据采集系统的效率，而GSM/GPRS技术发展成熟到能够为远程数据采集系统提供了一种新的通信模式。从GSM/GPRS技术的特点我们看出，它具有网络覆盖范围广，数据带宽宽，适应性强的优点，可以大大地提高远程数据采集系统的效率。目前一般远程数据采集系统受外界干扰、信速率低、误码率高、数据传送量不大、信号覆盖范围小等不足，且需申请占用频率资源，这在许多地区难以做到。而GSM/GPRS网络经过电信部门的多年建设，覆盖范围不断扩大，己成为成熟、稳定、可靠的通信网络，为远程数据采集系统提供了快速、廉价的最佳数据传输解决方案。远程监测是利用计算机、测量仪表、远程通信设备对遥远现场的数据进行采集、传输、监控，例如，电力系统中发展的远程抄表、水情部门应用的远程水文信息采集等。随着GSM等新型无线网络的发展，基于GSM、CDMA等无线移动网络的远程监测技术逐步壮大，成为远程监测领域的新宠[3-4]。1.3研究的主要内容本文首先对GSM中的短消息业务作了详尽的描述，包括短消息服务和服务要素、短信的规范与协议、短信传输流程、AT指令集；然后分别完成了GSM模块外围电路的硬件设计以及单片机监控系统的硬件设计；之后，在此硬件基础上，编写了单片机程序，包括控制GSM模块TC35i收发短信，采集温度、电压信号，并通过LCD模块进行显示；最后对系统进行了调试，完成了系统的设计任务，并对课题进行了相关的拓展。论文研究的重点是监控系统如何通过GSM技术控制短消息的发送和接收、单片机控制LCD进行显示等等。

2.短消息简介2.1GSM短消息业务介绍2.1.1短消息业务GSM(GlobalSystemMobileCommunication)系统，即全球移动通信系统，是由欧洲开发的目前基于时分多址技术的移动通信体制中最成熟、最完善、应用最广的一种系统。GSM系统有防盗能力佳、网络容量大、手机号码资源丰富、通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量低等特点。目前我国已建成了覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，是公众陆地移动通信的主要方式。SMS是短消息服务(ShortMessageService)的简称，是通过手机发送和接收有限长度的文本信息的功能。基于GSM的短信息服务，是一种在移动网络上传送简短信息的无线应用。GSM的短消息业务作为GSM数字蜂窝移动通信网络的主要电信业务，通过无线控制信道进行传输，经短消息业务中心完成存储和前转功能。它不用拨号建立连接，直接把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心，由短消息服务中心再发送给最终的信宿[5-7]。短消息业务按其实现的方式可以分为点到点短消息业务(SMS)和小区广播短消息业务(CBS,CellBroadcastChannel)。(1)点到点短消息业务是指一条短消息从一个实体经SMSC(ShortMessageServiceCenter，短消息服务中心)发送到指定目的地址的业务。被发送的信息经过编码后最大长度为140个字节(如果按ASCII字符7bit编码，一次最多发送160个英文字母，如果采用Unicode编码方式则一次最多发送70个中文汉字)。点到点短消息业务的特点：短消息传送速率低，适合于简短消息的传送，即使电信业务，也可以通过短信中心与增值服务平台相连作为增值服务的载体；短消息需要在短信中心存储转发，实时性较弱；短消息的传送占用控制信道，在业务量较高时，会受到无线信道的能力限制；短消息没有对话机制，每次数据的发送或接收都要发出一次短信呼叫，因此反应较慢；点到点短消息的技术最成熟，对网络改造较小，实现业务比较容易。(2)小区广播短消息业务是指通过发送信息的基站向指定区域中所有短消息用户发送短消息的业务，是在专用的小区广播信道中发送的，其服务的对象是所有位于此小区的用户，CBS的消息长度为83个比特或93个字母数字。中国移动和联通己经使用这种方式在一定的区域内向所有GSM用户循环发送一些具有通用性的信息，如新闻、天气预报、交通信息、股市信息等。小区广播短消息业务的特点：小区广播可以通过一次操作使多个用户同时接收到信息；用户可以根据需要激活或取消此功能，从而有选择地接收信息；只能播出公共信息，不能由用户订制信息；无法向用户收费，但可以通过广告服务获得效益；适合于提供公共信息，如新闻、天气信息等。2.1.2短消息的特点SMS具有以下几方面的特点：(1)SMS采用的是存储——转发模式，即短消息被发送出去后并不是直接发送给接收方，而是先存储在短消息服务中心，然后再由短消息中心将短消息转发至接收方、如果接收方当时关机或不在服务区内，SMSC就会自动保存该条短消息(一般不超过3天，通常为24小时)，等到接收方在服务区出现的时候回马上发送给接收方。(2)SMS对短消息的发送可以是一种有保证的双向服务，与普通的寻呼机制不同、寻呼机的发送方不清楚消息是否发送成功，而SMS发送方可以在将短消息发送出去之后得到一条确认通知，返回传递成功或失败的信息，以及不可到达的原因。(3)SMS可以与话音、数据、传真等业务一起进行同步传输，还可以实现全国和国际漫游。(4)点到点的通讯方式只要知道对方的手机号码，就可以直接向对方的手机上发送短消息。回复信息也是如此。这样的工作方式使得手机就如同Internet网络中拥有固定IP地址的计算机一样，可以随时随地与它建立连接。(5)开通方便短消息服务不需要申请开通，现在所有的手机都自动支持短消息。用户只需在手机上做一些简单的设定，就可以享受这项服务了。2.1.3短消息的工作过程SME(ShortMessageEntity，短消息实体)可以是一个GSM终端(如手机、PDA等)、一台具备GSM终端功能的微型计算机或者服务器。每一个SME都有一个唯一的网络地址(一般表现为移动电话号码)，作为该设备的识别号，用来定位区别该设备。短消息业务可以分为点到点和小区广播两种。对于大多数GSM用户来说，最主要的应用的业务就是点到点的短消息业务，它将一条短消息从一个SME发送到另一个SME，具体的过程如图2.1所示：其中：SME：ShortMessageEntity，短消息实体；SMSC：ShortMessageServiceCenter短消息服务中心；BTS：BasicTransceiverSubsystem基本收发机子系统；BSC：BaseStationController基站控制器；MSC：MobileSystemCenter移动交换中心。图2.1短消息业务流程(l)发送短消息实体SME编辑短信内容，指定SMSC和目的SME地址，通过BTS和BSC，将短消息送到指定的SMSC。(2)SMSC收到短消息之后，对其合法性进行检查，告知发送SME接受状况，结束与发送SME之间的短消息传送过程。(3)SMSC通过MSC试图将接受的SM短消息转发到目的地的短消息实体SME。如果发送成功，结束整个短消息传送过程；如果发送失败，则将该短消息存储在短消息服务中心的服务器用户数据库里。等待恰当的时机再次转发。如果在限定的时间里(常见为24个小时，也有更长的)仍旧不能顺利转发的话，则从数据库中删除该短信，从而做到节省数据库资源空间，由此，结束整个短消息的传输过程。2.1.4短消息的编码方式短消息SMS通过GSM信令信道传输，协议(SM-AL)规定：一条短消息的据(TP-UP)能够包含140个字节的数据。目前，共有三种模式来收发短消息SMS：BLOCKMODE、TEXTMODE、PDUMODE，其中Blockmode己经不使用了，而Textmode是用来发送ASCII纯文本的。Text模式下在设置了模式后，短消息可以直接发送而不需要进行编码，相应的程序设计也比较简单。对于GSM/GPRS模块之间的英文短信数传，Text模式是一个很好的选择。但缺点是不能处理中文信息，手机的支持范围小。PDU模式是发送或接收手机SMS信息的一种方法，短信息正文经过十六进制编码后被传送出去。PDUMode被所有手机支持，可以使用任何字符集，它也是手机短消息默认的编码方式。基本上全国所有的电信局都提供支持PDUMode的短消息业务，而且有些地址不支持TextMode和BlockMod编码方式，这就限制了这两种接入协议的应用。在PDU模式中，可以采用三种编码方式来编码要发送的内容，分别是7-bit编码(UTF7)、8-bit编码(UTFS)、16-bit编码(UNICODE)。7-bit编码用于发送普通的ASCII字符；8-bit编码通常用于发送数据消息，比如图片和铃声等；而16-bit编码用于发送Unicode字符。如果需要发送中文或者中英文混合信息，就必须使用PDU模式。2.2AT指令简介(1)AT指令AT即Attention，它最初是Hayes推出的一套MODEM操作命令集，是MODEM通信接口的工业标准，它的功能包括配置Modem与软件共同工作、与远程系统通信、发起或应答一个呼叫等。AT指令以AT开头，回车键结尾，前缀AT用于通知Modem注意(Attention)检测计算机串行口发送信号的速率、识别字符格式。九十年代初，AT命令仅被用于MODEM操作。由于没有控制移动电话消息的先例，因此开发了一种叫SMSBlockMode的协议，通过终端设备(TE——TerminalEquipment)或PC来完全控制SMS。几年后，主要的移动电话生产厂商诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP共同为GSM研制了一整套AT命令，其中包含对SMS的控制。AT命令在此基础上深化并加入GSM07.05标准，以及之后的GSM07.07标准[8]。AT指令集是从TE(TerminalEquipment)或DTE(DataTerminalEquipment)向TA(TerminalAdapter)或DCE(DataCircuitTerminatingEquipment)发送的通过TATE发送AT命令来控制MS(MobileStation)的功能与GSM网络业务进行交互。用户可以通过AT命令进行呼叫短信电话本数据业务补充业务传真等方面的控制。在短消息模块收到网络发来的短消息时，能够通过串口发送指示消息，数据终端设备可以向GSM模块发送各种命令[9-10]。(2)指令的格式所有的AT命令都以“AT”，或“at”打头。在TC35i所支持命令集中命令名称可简单分为：①“ATxx”及少量“AT+xxx”为V.25标准命令集；②“AT+Cxxx”为GSM标准所扩展的AT命令；③“AT^Sxxx”为SIEMENS定义扩展的AT命令。另外，根据命令形式可分为：①“AT+Cxxx=?”为测试命令(TestCommand)，执行此种命令将返回此命令所支持的参数及参数范围；②“AT+Cxxx?”为读命令(ReadCommand)，执行此种命令将返回此命令当前的参数值；③“AT+Cxxx=<…>”为写命令(WriteCommand)，执行此种命令将设置此命令的参数值；④“AT+Cxxx”为无参数的执行命令(ExecutionCommand)。特别要注意的是这些命令的返回形式为：<CR><LF>Response<CR><LF><CR>代表ASCII中回车字符，值为0x0D；<LF>代表ASCII中换行字符，值为0x0A；<SP>代表ASCII中空格字符，值为0x20；<CTRL+Z>代表ASCII中文件结束字符，值为0x1A；(3)与短消息相关的AT指令如下表[11]：表2.1AT指令简表AT指令功能AT+CMGCSendanSMScommand(发出一条短消息命令)AT+CMGDDeleteSMSmessage(删除SIM卡内存的短消息)AT+CMGFSelectSMSmessageformat(选择短消息信息格式：0-PDU；1-文本)AT+CMGLListSMSmessagefrompreferredstore(列出SIM卡中的短消息信息格式PDU/text）AT+CMGRReadSMSmessage(读短消息)AT+CMGSSendSMSmessage(发送短消息)AT+CMGWWriteSMSmessagetomemory(向SIM内存中写入待发的短消息）AT+CMSSSendSMSmessagefromstorage(从SIM内存中发送短消息)AT+CNMINewSMSmessageindication(显示新收到的短消息)AT+CPMSPreferredSMSmessagestorage(指定短消息内存)AT+CSCASMSservicecenteraddress(短消息中心地址)AT+CSCBSelectcellbroadcastmessages（选择蜂窝广播消息）AT+CSMPSetSMStextmodeparameters(设置短消息文本模式参数)AT+CSMPSelectMessageService(选择短消息服务)

3.下位机系统硬件设计3.1系统整体设计系统是工作在以单片机为核心的电路下。单片机通过采集电路，定时更新采集数据，两路模拟信号经ADC0832模数转换并被单片机处理，温度信号由DS18B20监测也送入单片机，并在液晶屏上及时地显示出来；然后通过接收上位机发送的短消息的命令，将其所需的数据通过编码后以短消息的方式返回，从而达到监测的目的。本文所阐述的监控模块的通信采用无线方式，由于GSM网络已在全球范围内实现了联网和漫游，而且安全保密性高，因此建立上述系统不需要组建专用的网络，也不需要维护网络。整个智能模块的硬件结构分为两个部分，一个部分是以微控制器89S51为中心的监控中心，包括MCU外围电路、液晶显示、模拟和数字信号处理，另一个部分就是以TC35i及外围电路构成的无线MODEM。下位机系统的硬件结构图如图3.1。图3.1硬件框图系统原理图见附录3。3.2无线模块硬件电路设计3.2.1TC35i模块介绍西门子的TC35i系列模块性价比很高，并且已经有国内的无线电设备入网证。本设计选用的是西门子TC35系列的TC35i。这是西门子推出的最新的无线模块，功能上与TC35兼容，设计紧凑，大大缩小了用户产品的体积。TC35i与GSM2/2+兼容、双频(GSM900/GSMl800)、RS232数据口、符合ETSI标准GSM07.07和GSM07.05，且易于升级为GPRS模块。该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。(1)TC35i的内部结构TC35i模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块ASIC、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。作为TC35i的核心基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下，可支持FR,HR和EFR语音信道编码。其内部结构如图3.2：其中：GSMbasebandprocessor：GSM基带处理器；GSMradio：GSM无线部分；Powersupply(ASIC，ApplicationSpecificIntegratedCircuit)：电源(专用集成电路)；FLASH：FLASH存储器；ZIFconnector：ZIF(ZeroInsertionForce)接口；Antennainterface：CoaxialGSCtypeConnector，同轴电缆连接器。图3.2TC35i结构框图(2)TC35i主要技术指标：①频段为双频GSM900MHz和GSM1800MHz(phase2/2+)；②支持数据、语音、短消息和传真；③高集成度(54.Smmx36mmx3.6mm)；④质量为9g；⑤电源电压为单一电压3.3～4.8V；⑥可选波特率300bps～115kbp；⑦电流消耗，休眠状态为3.SmA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA(平均)，2.5A峰值；⑧温度范围，正常操作-20℃～+55℃，存放-30℃～+85℃；⑨SIM电压为3V/1.8V[12]。TC35i模块有40个引脚，通过一个ZIF连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。第1～14脚为电源部分：1～5为电源电压输入端Vbatt+，6～10为电源地GND，11、12为充电引脚，13为对外输出电压(共外电路使用)，14为ACCU-TEMP接负温度系数的热敏电阻。24～29为SIM卡引脚，分别为CCIN、CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND。33～40为语音接口，用来接电话手柄。15、30、31和32脚为控制部分：15为点火线IGT(Ignition)，当TC35i通电后必须给IGT一个大于100ms低电平，模块才启动；30为RTCbackup，31为Powerdown，32为SYNC。16～23为数据输入/输出，分别为DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0[13]。TC35i模块的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ITU-TRS232接口标准。它有固定的参数：8位数据位和1位停止位，无校验位，波特率在300bps～115kbps之间可选，硬件握手信号用RTS0/CTS0，软件流量控制用XON/XOFF，CMOS电平，支持标准的AT命令集。通过这一接口可以用AT命令切换操作模式，可以使它处于语音、数据、短消息或传真模式[14-15]。3.2.2电源电路设计(1)GSM模块TC35i工作电压在3.3V～4.8V，必须保证在发射状态下电压波动在400mV下，TC35i在发射状态时的平均电流消耗为300mA，空闲状态为25mA，突发电流峰值可达2A～3A，故电压稳压芯片必须提供3A以上的负载电流，否则模块的工作状态则会不稳定，可靠性不高。本电路供给TC35i模块4.2V的工作电压，稳压芯片选择的是LM2941。(2)IGT启动电路由开漏极三极管和上电复位电路组成。模块上电l0ms后(电池电压须大于3.3V)，为使之正常工作，必须在15脚加至少为100ms的低电平信号，且该信号下降沿时间小于1ms。启动后，15脚的信号应保持高电平。31脚EMERGOFF的作用是紧急关闭模块，其电路原理也是采用开漏极三级管电路。当用AT命令无法控制无线MODEM的时候，这时可以按住EMERGOFF按键3.2s以上，使EMERGOFF上持续3.2S的低电平，使模块紧急关闭。(3)TC35i的SYNC引脚有两种工作模式，可用AT命令ATSYNC进行切换。一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示TC35i的工作状态。本模块使用的是后一种功能：当LED熄灭时，表明TC35i处于关闭或睡眠状态；当LED为600ms亮/600ms熄时，表明SIM卡没有插入或TC35i正在进行网络登录；当LED为75ms亮//3s熄时，表明TC35i已登录进网络，处于持机状态。3.2.3外围电路设计(1)TC35i与SIM卡接口电路基带处理器集成了一个与IS07816-3ICCard标准兼容的SIM接口。为适合外部的SIM接口，该接口连接到主接口((ZIF连接器)。在GSM11.11为SIM卡预留5个引脚的基础上，TC35i在ZIF连接器上为SIM卡接口预留了6个引脚，所添加的CCIN引脚用来检测SIM卡支架中是否插有SIM卡。当插入SIM卡，该引脚置为高电平，系统方可进入正常工作状态。但是目前移动运营商所提供的SIM卡均无CCIN引脚，所以在设计电路时将引脚CCIN与CCVCC相连。(2)数据通信电路主要完成短消息收发、与PC机通信、软件流控制等功能。TC35i的数据接口采用串行异步收发，符合ITU-TRS-232接口电路标准，工作在CMOS电平(2.6SV)。数据接口配置为8位数据位、1位停止位、无校验位，可以在300bps～115kbps的波特率下运行，支持的自动波特率为4.8kbps～115kbps(14.4kbps和28.8kbps除外)。数据通信电路以TI公司的MAX3238芯片为核心，实现电平转换及串口通信功能。TI公司的MAX3238芯片供电电压为3V～5.5V，符合TIA/EIA-232-F和ITUv.28标准。兼容5V逻辑输入，内含3路接收、5路发送串行通信接口，最大数据传输速率可达250kbps。其的最大特点是在串行口无数据输入的情况下，可以灵活的进行电源管理，即当FORCEON(13脚)为低电平、/FORCEOFF(14脚)为高电平时，Auto-PowerdownPlus功能有效。3.3单片机监控系统硬件设计单片机外围电路主要负责完成模拟和数字信号的采集，并做出相应的处理，把外界采集到的数字量和模拟量的状态显示在液晶显示器上，通过AT命令控制无线MODEM收发短信息，从而完成监测。3.3.1AT89S51单片机简介AT89S51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。AT89S51具有ISP（In-SystemProgramming）下载功能，只需由P1口的三个引脚P1.5(MOSI)、P1.6(MISO)、P1.7(SCK)即可构成下载电路，而无需多次插拔芯片[16-17]。3.3.2信号采集电路(1)模拟信号采集是由ADC0832完成的。ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求，对于采样精度不特别高的场合已经足够了。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0～5V之间。芯片转换时间仅为32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。串行数据处理既可以节省IO口资源，又方便于数据的读入。(2)DS18B20温度采集电路Dallas半导体公司生产的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。新一代的“DS18B20”体积更小、更经济、更灵活，可以充分发挥“一线总线”的长处。器件用如下方式从单线通讯线上汲取能量：在信号线处于高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。DS18B20也可用外部5V电源供电。3.3.3LCD显示电路及键盘随着液晶技术的飞速发展,液晶显示模块(LCDModule，LCM)在各种场合也得到了越来越广泛的应用。从液晶电子手表到计算器，从数码产品到各种专业仪器，LCM作为一种人机信息交互的途径,它的身影随处可见。常用的中文图形点阵LCM按分辨率分有128×32、128×64、160×120等，控制芯片有KS0107、T6963、SED1575、ST7920等。本设计中使用的LCM为以ST7920为控制器的液晶模块。在设计中使用了四个独立式键盘，可以用于选择不同的功能。

4.下位机系统软件设计4.1通信协议上位机和下位机之间若要完成正常通信，需要建立双方的通信协议，亦即双方需要建立的通信握手信号。本系统实现的是下位机温度采集以及模拟电压信号采集，只需对这两个信号进行编码即可。在协议中，规定：0101： 上位机接收ADC0832第0通道的采集信号；0102： 上位机接收ADC0832第1通道的采集信号；0201： 上位机接收DS18B20温度信号；还要规定上位机回送的数据格式，头为0101；然后是数据格式，先是数据长度，然后是数据内容，最后是数据校验。4.2主程序设计整个系统软件采取模块化与结构化设计，分为主程序和多个功能子程序，以下分别介绍。4.2.1总体流程图基于GSM短消息方式的下位机采集软件设计主要包括初始化程序、信号采集处理程序、液晶显示和短消息收发程序等。初始化程序包括硬件初始化、定时器和串口初始化；信号采集和处理主要完成外部采集的温度转换，以及电压采集；接收短消息采用中断方式，一旦短消息到达，调用串口接收程序解码短消息内容并做出相应处理；发送温度及电压信号采用查询方式，在收到相应的指令后，将采集的温度和电压按照协议进行编码，然后调用发送程序将短消息发送到监测中心。主程序流程图见图4.1。图4.1主程序流程图4.2.2模拟量采集程序设计ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨率可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压复用，使得芯片的模拟电压输入在0～5V之间。芯片工作频率为250KHz，转换时间仅为32，具有双数据输出,可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变得更加方便。通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。ADC0832与单片机的接口有4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能，其功能项见表4.1。表4.1ADC0832工作模式MUXModeMUXAddressChannel#SGL/DIFODD/SIGN01Single-Ended10+11+Differential00+-01-+如表4.1所示，当此2位数据为“1”、“0”时，只对CH0进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。当2位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1作为正输入端IN+进行输入。到第3个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出DATA0。随后输出8位数据，到第19个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。更详细的时序说明见图4.2。图4.2ADC0832时序图作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是0~5V且8位分辨率时的电压精度为19.53mV。如果作为由IN+与IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与IN-的输入时，如果IN-的电压大于IN+的电压则转换后的数据结果始终为00H。依据这样的工作模式，可以写出控制流程如图4.3。图4.3ADC0832控制流程4.2.3数字量采集程序设计本文使用的温度监测仪器是利用数字式温度传感器DS1SB20。DS18B20采用的是单线总线协议方式，即在一根数据线上实现数据的双向传输，而单片机硬件上不支持单总线协议，因此必须采用软件方法来模拟单总线的协议时序来完成对DSl8B20芯片的访问。DS18B20简单的硬件接口是以相对复杂的软件编程为代价的。由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此对读写的数据位有严格的时序要求，DS18B20数据的写入和读出都是由主机读写特定的时间片来完成的，它有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性，操作协议为：初始化DS18B20(发复位脉冲)——发ROM功能命令——发存储器操作命令——处理数据[18]。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将单片机作为主设备，DS18B20作为从设备，而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求DS18B20回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。(1)初始化时序：与DS18B20的所有通讯都是由一个主机的复位脉冲和一个DS18B20的存在脉冲组成的初始化脉冲开始的。主机先发一个复位脉冲保持低电平时间最少480，最多不能超过960。然后主机释放总线，进入接收模态，这时上拉电阻把总线置高，DS18B20在等待15～60后如果发出存在脉冲就表示DS18B20已经处于就绪状态，而且能保持60～240。接收模式至少要保480。(2)写时序：主机发低电平脉冲大约15后，DS18B20开始采样写入的控制字，每次采样一位。整个主机的写“0”时序时间必须保证在60到120之间。(3)读时序：在读时序下降沿开始的15之后从DS18B20中读取的数据才有效。所以在读时序开始15之后才能发主机采样数据命令，同时也要保证读时序时间在60以上。DS18B20测量温度范围为，在范围内，精度为。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等[19]。它支持的电压范围，使系统设计更加方便、灵活。它以9位数字量的形式反映期间的温度值。因为每个DS18B20都有一个独特的片序列号，所以多只DS18B20可以同时连在一根单线总线上，这样就可以把温度传感器放在许多不同的地方。4.2.4LCD显示程序设计ST7920是台湾矽创电子公司生产的一款优秀的中文图形控制芯片，它是一种内置128×64-12汉字图形点阵的液晶显示控制模块，可以显示字母、数字符号、中文字型及自定义图块显示，其字型ROM包含8192个(GB-2312)16×16点阵的中文字型及128个16×8点阵半宽的字符号字型，另外绘图显示画面提供一个64×256点阵的绘图区域(GDRAM,GraphicdynamicRAM)及256点的ICONRAM，可以和文字画面混合显示，且其控制器内含的CGRAM提供4组可编程式的16×16造字功能。ST7920LCD驱动器由32个普通驱动器(common)及64个段驱动器(segment)组成，段驱动器的扩充可根据需要由ST7921的段驱动器来提供，一个ST7920可以显示一行8个字或两行4个字，或是配合ST7921来显示两行16个字。ST7920有两种结构形式：ST7920-0A和ST7920-0B，前者内置BIG-5码，用于显示繁体中文字型；而后者内置GB码，用于显示简体中文字型[20]。ST7920共有11条基本指令和7条扩充指令，每一个指令的长度都为8位，16×8点阵的ASCII字符代码也是8位。但是16×16点阵中文字符的代码为16位，必须分为2次传送，先传送高8位，然后再传送低8位。在对ST7920读或写时，会用到两个8位的寄存器：一个是数据寄存器DR(DataRegister)，另一个是指令寄存器IR(InstructionRegister)。通过数据寄存器DR可以存取DDRAM、CGRAM、CGROM及IRAM的值。待存取的目标RAM的地址可通过命令来选择，每次数据寄存器DR的操作应以上次选择的目标RAM为主体来进行读出或写入。通过RS和RW的状态可以选择不同的读写模式，具体配置方法如表4.2所列。表4.2ST7920寄存器的读写状态RSRW功能说明00MPU写指令到指令寄存器IR01读出忙标志及地址计数器的状态10MPU写指令到数据寄存器DR11MPU从数据寄存器DR读出指令ST7920显示RAM的应用：(1)文本显示RAMST7920的文本显示RAM中提供了8×4行的汉字空间，当对文本显示RAM进行写入时,可以分别显示CGROM、HCGROM与CGRAM的字型；ST7920A可以显示三种字型,分别是半宽的HCGROM字型、CGRAM字型及中文CGROM字型。三种字型的选择可通过在DDRAM中写入编码来进行设定，各种字型的详细编码如下：显示半宽字型：将一位字节写入DDRAM中,范围为02H～7FH的编码。显示CGRAM字型：这种字型可通过将两个字节的编码写入DDRAM中来实现，总共有0000H、0002H、0004H、0006H四种编码方式。显示中文字形：将两字节编码写入DDRAM，范围为A1A0H～F7FFH(GB码)或A140H～D75FH(BIG5码)的编码[21]。由于ST7920控制器内置了汉字库，因此，可以忽略掉查阅国标字码甚至自己取字模的繁琐过程，而直接在程序中输入想要显示的字符和汉字，从而给程序编程带来极大的便利。我们所要做的只是找出输入的字符串在DDRAM上的坐标和字符的数目。同样的道理,我们也可以很轻松地利用LCM显示时钟芯片或者传感器测量值[22-23]。(2)绘图显示RAM图形显示坐标：水平方向X，以字节为单位；垂直方向Y，以位为单位。绘图显示RAM提供128×8个字节的存储空间,在更改绘图RAM时，先连续写入水平与垂直的坐标值，再将两个字节的数据写入绘图RAM，地址计数器(AC)会自动加1；在写入绘图RAM期间，绘图显示必须关闭。写入绘图RAM的步骤如下：①关闭绘图显示功能；②将水平的位元组坐标(X)写入绘图RAM地址；③将垂直的坐标(Y)写入绘图RAM地址；④将D15～D8数据写入GDRAM中；⑤将D7～D0数据写入GDRAM中；⑥打开绘图显示功能。根据以上的内容，编写LCD显示程序，其流程图如图4.4：图4.4LCD流程图4.3GSM模块软件设计单片机与GSM模块的软件接口，是单片机通过与GSM短消息有关的AT指令来完成的，如读取短消息内容，删除短消息内容，列出手机中还未读的短消息等。在执行一条AT指令时，指令的执行过程需要单片机与TC35i相互应答完成，每次发送或接收的字节数有严格的规定，二者必须依据这些规定实现数据交换，否则，通信就是失败的。一般来说，单片机控制GSM模块，其实就是单片机向GSM模块发送各种AT指令，实现工作模式的选择、读短信、发短信和短信的删除等功能。在GSM协议中，AT指令都是以ASCII编码形式发送出去的，例如指令：AT该指令用于测试连接。查表可知“A”的ASCII编码为41H，“T”的ASCII编码为54H，因此，单片机应该发送“41H54H0DH”。这里单片机向TC35i发送完指令的ASCII编码后，又多发了一个0DH。这是因为每个AT指令必须以回车符作为结束，最后一个字节0DH就是回车符，表示该指令结束；如果没有这个回车符，GSM模块不能识别这条指令的。当手机接收到一条正确的AT指令后，GSM模块先把刚才接收到的AT指令的ASCII编码序列向发送方返回，进行指令确认。然后发送一个回车符和一个换行符的ASCII编码，即0DH0AH；最后再执行该指令，并返回执行结果。典型的单片机AT指令执行过程：指令ATStep1：单片机通过串口向手机发送3个字节的数据：41H54H0DH，即指令AT。Step2：手机通过串口向单片机返回3个字节的数据：41H54H0DH，即手机应答。Step3：手机继续返回2个字节的数据：0DH0AH，即回车换行符。Step4：手机执行该指令，如果返回4FH4BH，即OK，则表示连接成功；否则，返回45H52H52H4FH52H，即ERROR，表示连接失败。Step5：手机最后发送2个字节的数据：0DH0AH，作为通信结束。4.3.1GSM模块初始化设计下面详细介绍本设计中使用的各指令的编程实现。工作模式的选择在模块初始化前，首先要设置短消息中心地址（以大连为例），大连区号为0411，则由前所述，可知短消息中心号码为：则可以设置为：AT+CSCA=”+8613800411500”前文已经叙述，GSM模块可以工作在TEXT和PDU两种模式下，对于手机工作模式的设定，可以使用指令AT+CMGF=n（n=0为PDU模式，n=1为文本模式）来完成。如果返回OK，则表示设置成功；否则，返回ERROR，表示未设置成功。在设置前，可以用测试指令AT来建立通信连接。其发送流程如图4.5。图4.5模块初始化4.3.2GSM模块接收程序接收短消息即读取短消息，读取短信息主要利用AT+CMGR和AT+CMGL两条指令来完成。这两个命令的区别在于：AT+CMGL一般用于读取以前的消息；AT+CMGR用于当收到手机的RING（振铃）数据的时候，读取实时消息。接收到短消息实质就是从SIM或缓存中将收到的信息读出，并转换成文字模式的过程。在接受短信之前，常需要设置来信提醒，使用指令AT+CNMI来设置，使用如下：AT+CNMI=2,1,0,0,1。此时模块工作在自动提醒状态，当有新消息到来，便会返回：+CMTI：<mem>，<index>其中，<mem>表示短信存储的空间，<index>表示在存储器中的位置。接收短信的过程如图4.6：图4.6接收短消息流程4.3.3GSM模块发送程序当单片机接收到上位机的采集命令时，便将采集存储的数据以一定的格式通过短消息发送到用户的手机中。发送短消息由指令AT+CMGS来完成，在文本模式下，输入：AT+CMGS=<da><CR>当返回“>”时，可以输入所发信息内容，然后以Ctrl-Z或ESC结束。其中，<da>是所发的对方手机号码。如果发送成功，则返回：+CMGS：<mr>OK其中，<mr>是由GSM03.40规定的一个以整数形式返回的用户信息参考值。如果发送失败，则返回：+CMSERROR：<err>其中，<err>是错误代码类型，以整型数据返回。则发送短消息的流程可如图4.7：图4.7发送短消息流程

5.实时采集系统的调试5.1调试工具本课题在进行系统调试时采用的调试工具有：单片机仿真器由于单片机本身不具备调试及输入程序的能力，因此单片机开发系统(又称为仿真器)是开发单片机应用系统不可缺少的工具，单片机应用系统的硬件设计以及软件的调试和修改都必须借助于该工具才能完成。单片机开发系统的主要作用是：应用系统硬件的诊断与检查；程序的输入与修改；硬件电路、程序的运行与在线仿真调试；程序的固化。本设计使用的是WAVE仿真器。万用表万用表主要用于测量硬件电路的通断、两点间阻值、测试点处稳定电流或电压值以及其它静态工作状态。示波器示波器可以测量模拟或数字信号电平，观察模拟信号波形及测量模拟信号频率，还可以同时观察多个信号的波形及它们之间的相位差。可调直流稳压电源在调试时可以代替系统供电电源，以排除供电系统的干扰，也可以作为模拟电路的输入信号源。5.2硬件调试硬件电路设计完成后，需要测试电路能否正常工作。硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器(万用表、示波器等)，通过执行开发系统有关命令或运行适当的测试程序(也可以是与硬件有关的部分用户程序段)，检查用户系统硬件中存在的故障。在对系统进行动态调试时，首先对各功能模块如A/D转换电路、显示电路等进行单独调试，且调试某模块时，将整个电路板中与该模块无关的芯片拔除，这样基本上可以将故障范围限定在某个局部的电路上。5.3软件调试软件调试是通过对用户程序的汇编、连接和执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误，并加以排除纠正的过程。软件调试的一般方法是先独立后联机、先分块后组合、先单步后连续。下位机的程序都是以单片机为核心的C51程序，使用Wave软件进行仿真。由于程序规模较大，在调试时，应该以子程序为单位，逐步调试。子程序模块分为：单片机收发短信，模拟量采集程序，数字量采集程序，LCD显示程序。5.4系统联调系统联调是指用户系统的软件在其硬件上实际运行，进行软、硬件联合调试，从中发现硬件故障或软、硬件之间不相匹配的地方，反复修改和调试。系统联调时，首先采取单步、断点、连续运行方式调试与硬件相关的各程序段，即可检验程序的正确性，又可在各功能独立的情况下，检验软、硬件的配合情况。然后，将软、硬件按系统工作要求进行综合运行，采用全速断点、连续运行方式进行总调试，以解决在系统总体运行情况下软、硬件的协调，从而提高系统的动态性能。下位机程序设计完成之后，需要与上位机建立联系，即通过与上位机之间进行程序的互接之后才能正确完成整个设计的任务。做如下连接测试：上位机发送信息0101，即表示需要采集ADC0832的0通道的数据，单片机接收后，把已经采集的数据发送回去。

总结与展望本设计以无线模块TC35i为核心，并搭配了相关的外围电路，完成了一个用于远程数据采集及监测的系统。论文的基本目标，是实现采集监控模块的短消息数据传输。根据基本目标，首先进行了相关资料的收集和整理，其中有关于短消息的业务介绍和传输原理及协议如GSM03.40和GSM07.05等，以及系统传输模块TC35i的资料，通过对以上资料的查阅，对系统实现的原理和其理论基础以有了初步的认识。再通过制作PCB板对系统中GSM模块硬件功能和接口有了深刻的理解。最后通过软、硬件调试实现了以下功能：(l)通过硬件仿真并借助硬件测试工具，完成了对PCB电路板的硬件电路的测试，为实现整个监控模块的功能奠定了基础。(2)短信收发的实现。通过对短信实现协议的理解，使用相应的AT指令完成了短信的收发，并确定了短信收发双方所遵从的协议规定。(3)针对采集的数字量和模拟量，能够及时地显示，以清晰地展示采集的结果，并能与上位机建立对照。在本设计中，我们利用的是GSM网络和相应的GSM模块，如果升级使用SiemensMC35，可以提供更快的高速GPRS能力，它具有永久在线功能，可以进行快速数字接入和高速数据传输。由于时间有限，基于GSM网络的数据采集、传输模块，还存在一些需要改进和进一步完善的地方，包括：当采用短消息进行传送数据时，通信数据量小，速度慢，非实时；GSM模块具有语音功能，本设计并未使用，可以考虑使用语音进行报时以及报警等功能；如何应用于目前最新的2.5G无线数据通信技术GPRS,CDMA中，乃至3G中。在下一步的设计中，可以考虑使用GPRS功能的模块并开发MMS多媒体短消息服务的应用。

参考文献[1]曹尉青，韩冰.利用GSM短消息实现远程监控[J].无线电工程,2002,32.[2]许瑛，马维华.微机网络集中抄表系统的一种设计[J].计算机应用,2002.[3]杨宏业,张跃,吕芳.自动抄表系统中通信方案的现状与展望[J].电测与仪表,2001,(8):11214.[4]王静哲,周永鹏.基于GSM无线网络的远程抄表系统设计[J].河北科技大学学报,2003,24.[5]李晔,于大鹏,牛忠霞.基于短消息业务的新型远程智能抄表系统[J].信息工程大学学报,2003,4.[6]曹尉青,韩冰.利用GSM短消息实现远程监控[J].无线电工程,2002,(10).[7]李小平,曲大成.多媒体网络通信[M].北京.北京理工大学出版社,2001.[8]郑凌燕,葛万成.基于GSM短信的远程控制系统设计[J].微型电脑应用，2006.[9]王传雄.采用GSM引擎模块实现GSM增值业务[J].今日电子,2002.[10]雷勇.PDU分析与手机短信控件开发[J].电力系统通信,2004(12).[11]张春强,修小云.配电监测系统的短消息模块应用[J].华东电力,2004,32.[12]GSM07.07，Digitalcellulartelecommunicationssystem(phase2+):ATcommandsetforGSMMobileEquipment(ME)，1998.[13]ATCommandSetSiemensCellularEnginesVersion:03.10，11.01.2002Siemens,tc35i_atc_v0103,ATCommandSet,Germany:SiemensAG,2003.4.11[14]SIEMEN.TC35ITerminalUserGuide./wm.[15]ETSI.ETSI(GSM07.07Version7.3.0):digitalcellulartelecommunicationssystem(Phase2+);ATcommandsetforGSMMobileEquipment(ME)1998[S].[16]赵建领.51系列单片机开发宝典[M].北京.电子工业出版社,2007.[17]何立民.单片机应用技术选编[M].北京.北京航空航天大学出版社.2000.[18]杨静，施丽婷.智能温度传感器DS18B2O在温度控制系统中的应用[J].工业控制计算机，2006年19卷第六期.[19]DallasSemiconductor.DS18B20ProgrammableResolution1-WireDigitalThermometer.[20]艾红,王捷,厉红,等.基于串行接口的汉字液晶显示模块应用与开发[J].液晶与显示,2006,21.[21]李维諟,郭强.液晶显示应用技术[M].北京.电子工业出版社,2003.[22]洪家平.中文图形显示控制芯片ST7920的原理与应用[J].国外电子元器件,2005.[23]张平均,黄家骏.点阵式液晶显示模块的旋转式菜单设计[J].液晶与显示,2005,20.附录1外文文献译文BT技术期刊Vol25No2四月2007移动数据服务——“旷野的呼声”D威斯利，RM丹尼斯杀手级应用或服务是一个灵感、形式和功能的组合，同时也是对未达需要的一种解决办法。移动电话和iPod是典型的例子，但是下一个杀手级应用将会是什么，而且为什么出项。逐渐地,集中使用为这样的应用加入新的尺度.本论文认为，现在正是这样的一个时候，在野外，不仅仅只有声音可以传播了。1.引言毫无疑问，通信中的第一个“杀手级应用”就是在声音领域，而在一百多年后，音频通信仍然是电子通信业中最主要的部分。通信的繁荣是基于技术层面的解决办法，其目的在于满足用户的需求——人类渴求进行实时通讯，即使人们身处异地。通信业在这样一个世界中发展，联系和服务并未显著相连，基于PSTN进行电话交流。电话的成功紧接着移动性和有效的进行移动通话，除了普遍的个人的应用——个人数据终端，个人电话本，等等。不过，有迹象表明，无处不在并且与网络无缝连接（固定/移动融合等）并以科技为基础的解决方案将提供综合服务，这将满足一些额外的用户的需要。第2部分考虑了到底什么是服务。现有的趋势和最近的一些历史都包含在第3和第4部分，然后在第5及第6部分做出更详细的讨论一些迅速成熟的服务竞争者。第7及8部分解释了一些概念，这些服务融合在一个世界里，而第9部分，大胆的讨论了两方面的优劣，并确定了作者认为的“杀手级服务”。2.什么是服务在通讯方面，“什么是服务”这个问题的答案很可能包括从一般的语音邮件，电子邮件，短信，MP3播放，电子商务，网上银行，到具体的品牌产品，如黑莓，Hotmail，亚马逊，苹果，美属维尔京葡萄酒，这取决于一个复杂的参数。唯一共同的因素是，我们作为用户/顾客已经习惯把服务考虑作为一个预定的元件集合组装，品牌，销售，交付和结算的方式，以满足一般的需要。服务提供商可能会谈论灵活性，个性化和个人服务，但如果您不想以信用卡付费——而是唯一的结算方式——这太糟糕了！包括连接性在内的因素正成为一种商品，而全球经济一体化也在后面推动着人们渴望移动通信的欲望，这些导致了以成本/效率为名义的服务普遍减少。与早期人工接话员不同，到下一代网络（NGN）您将永远不是以个人的形式存在。NGN并不大可能因为你过生日宴会长时间不回答你母亲的电话，或者把你的车停泊在你的房子外面等等，而给警察局打电话。但是，从理论上讲，下一代网络可以基于正确的背景资料来提供一个有成本效益的个性化的，智能化的，自动化的应急监测服务，可以执行类似的功能。目前，网上的虚拟世界是冷战的海上服务的平台，它往往只能满足我们的知觉的需要的一部分。我们相信，一场建立服务方式的革命即将发生，而且服务得到加强，对会聚的需要以驱使获得背景资料——谁，什么，哪里，因此，何时——等等，所有对权利的评价，以及与遵守并存的风险。3.超越语音和短消息可以说，到今天为止，唯一的“成功”的移动非话音服务，就是短消息——从来没有一项服务像这样，当它被创造时（工程师之间向对方发送信号时），收到公众的欢迎。问题的关键是如今困扰移动通信产业的是，如何让消费者能够超越语音和SMS。目前使用的图像对运营商而言，并不令人兴奋——按价值计算，依然有80-90％的移动费用花费在语音服务上，自2005年来90％的非话音收入来自SMS。图1表明，移动数据服务可望在未来数年内缓慢增长。运营商已经加入全部能力开发3G，现在进行高速下行分组接入（HSDPA技术），但这额外的能力带来的全部的结果——企业大力合并，给新(e.g.Hutchinson)与虚拟（如乐购移动）播放器带来了竞争——只是采取行动，以减少移动语音和SMS的价格（见图2）。运营商对3G的开展给予了非常高的期望，这将被用于一整系列的非语音/SMS服务。表1显示了移动运营商期望在2004/5年的数据服务——Forrester的分析题为“移动通信产业充斥着破碎的梦”，这非常恰当地总结了以往的事情。4.痛苦的教训——彩信和WAP多媒体信息服务（MMS）——在用户使用拍照手机拍照，存下多媒体短信，并发送到其他手机或电子邮件地址——这看上去像是在成功的SMS之后成为一个明确的赢家后。在2002年当被问及“服务将成为最重要的创收期间，前3年的商业3G服务呢？”，移动运营商排名的MMS最重要（4.2列5）。当然，移动用户正在图片-与全面的40％的用户有一个MMS手机，用内置的摄像头。即使是GSM协会（基本上是GSM运营商全球）进行了一项调查，在它声称“彩信已成为一个受欢迎的服务，其中移动电话用户世界各地的”和40％的受访者把它当作“不可缺少”时，令人悲伤的是，使用数字描绘了相当不同的情景（见图3），只有约4％的用户每星期传送一个或多个MMS消息。是什么原因导致这种明显的失败？而且更重要的是，BT和聚合经营者从这次失败在他们的追求提供成功衔接服务的过程中可以学到什么。第一，彩信在技术上受到明显的限制——据说即使由核心制造商来发送彩信也要解决10个关键问题和选择行为，通过电话来发送MMS也是老大难问题，预计到用户使用复杂的菜单结构来发送MMS。甚至通过无线电波来设定手机——使用SMS——具有重大的局限性。如果用户能够创建彩信，实际交付的邮件是穷人（低至60％）和那些到达目的地后，由于不兼容的网络之间实现和手机的问题，而往往不能被正确识别。发起此项服务还为时尚早——之前，人们使用的是濒临淘汰的手机。这导致了经典的“可视电话”的局面的出现，购买一个全新的MMS手机，联系所有的人并询问他们，如果他们有一个MMS手机则将收到信息。MMS的价格也定得太高——约5倍于SMS，这可能是接近彩信带宽的费用所需的——但它一直坚持表明，用户不会愿意为所有服务付出相同的每MB的价格;相反地，用户愿意支付在与知觉相关的公用事业上。因此，在最近进行的一项调查中，他们声称看到电视录像作为一个有用的服务，但愿意付出，只有把相同的视频通话作为一个语音通话，尽管它占用的网络容量为10倍于语音通话的带宽。最后，用户就能够快速地以其他方式使用图片采取流动——如下载到PC上和发送作为电子邮件（99％可靠和免费），或印刷直接从某些手机或甚至具有消除记忆卡和印在超级市场等。“移动互联网”的故事是令人担心的熟悉的往事。最初第三代流动服务营办商所承诺“移动互联网——在任何时间，任何地点，任何地方”。问题开始于无线应用协议（WAP）行动网际网路，其中介绍了提供移动互联网上的第二代设备。使用WAP的一种改进版本的HTML以一个简单的菜单为基础的界面。最初，这与MMS技术存在同样的问题，由于缺乏标准化，也没有工作与之不相容浏览器坠毁。最初的WAP还需要一个电路连接——与每分钟的成本数据是否被转移或有无相关，这非常昂贵，导致很长时间的延误的页面加载。作为通用分组无线业务（GPRS）介绍，这是有可能向用户提供的薪酬，大约每MB和伪“永远在线”的能力（从GPRS到3G，没召开一次变动协议需要一个长期的准备时间，由于非IP的性质和当前的移动网络）——WiMAX是旨在克服这些限制。问题在于，内容供应商已通过WAP的失败而有所醒悟并已停止试图重写他们的WAP上的HTML网站。不过，手提电话的HTML浏览器，通常为手机提供的并非专门为移动用户访问的网站非常糟糕——造成不良的用户体验。经营商对这些挑战做出回应，用“充满围墙的花园的”方法，用户只限于经营商所允许的客户或经营的网站与有限的内容，这是专门为小屏幕和有限的互动使用的典型的电话。这种做法的一个很好的例子是是哈钦森3月在成立之初的3G（2002-2005年），提供音乐和铃声下载和足球观看。其他（如O2的）投资在日本的i-模式技术——利用又一版本的HTML代码的网站为移动终端编写代码——以确保它们运作良好。在年底，经营者意识到，使用这些服务不能得到发展，也不能开辟他们的用围墙包围的花园，让用户浏览更广泛的互联网——这是一个很好的例子，这个策略是T型移动“Web和步行”的关税，但其收入仍然很少。目前，只有4％的用户经常使用移动互联网（见图3）。最近，沃达丰已经与Google，Hutchinson3与Skype和Google签署了相关协议，设法克服这种阻力。新手机和关税——如3X系列和T-Mobile的“WebandWalk”单位收费——这是进一步倡议由移动运营商采取措施以推动移动互联网的收入。不过，问题的一部分在于，即使简单的信息，如交通更新和铃声，是可从其他来源获得，如短信和新闻、旅行，到处都可以，但是对于复杂的服务，如照片上传或订购东西，用户首选的还是PC，因为它提供了一个大大改善了的界面经历。经营商最近提出他们的期望，从移动互联网到音乐下载——下一节的主题。5.创新——移动音乐移动音乐不仅包括下载歌曲，也包括音乐流，铃声及彩铃。在条款的移动服务，在语音和SMS之后，移动音乐是未来最大的会议服务产生类型。图4显示，到2010年，这是预期全球市场的移动音乐将达到每半年$30英镑。铃声最早出现在1998年