基于GSM的信息显示平台设计与实现

II基于 GSM 的信息显示平台设计与实现摘 要本文主要研究基于 GSM 的信息显示平台。系统采用 Visual Basic 6.0 面向对象化语言，并结合 Access 数据库进行开发设计，巧妙地利用了 Visual Basic 的面向对象化编程，实现了上位机界面以及后台数据库的开发。下位机部分采用 51 单片机，利用C 语言进行设计。以 51 单片机为核心，外加按键，数码管显示，信息采集电路。利用51 单片机控制信息的采集，根据上位机发来的指令，将采集的数据通过下位机的GSM 模块，按照规定的通信协议，与上位机的 GSM 模块进行通信，完成数据的远程传输。最终把数据显示在上位机的界面上，并保存至后台数据库。本课题虽然是信息显示平台的设计，但可以应用到远程控制，通过 GSM 模块，方便地实现对远程设备的实时控制。关键字：GSM，AT 指令，Visual Basic，单片机IIDesign and Implementation of the Display Platform Based On GSM InformationABSTRACTThis paper mainly studies the information display platform based on GSM.Information display platform using visual Basic6.0 object-oriented language, combined with access database design and development, makes full use of the visual basic object-oriented programming, simplify the design procedure.The lower machine uses 51 single chip microcomputer, and uses C language to design.Taking 51 single-chip microcomputer as the core, the external information acquisition circuit, and then through the GSM module, according to the communication protocol, and the PC GSM module to communicate, complete data remote transmission.Finally, the data is displayed on the upper computer interface and saved to the database.Although this topic is the design of information display platform, but it can be applied to remote control, through the GSM module, to achieve real-time control of remote equipment.Key words：GSM ，AT instruction Visual Basic，Single chip microcomputerIIIIII目 录摘 要 .IABSTRACT .II1 绪论 .11.1 研究背景 .11.2 发展现状 .12 相关知识简介 .32 .1 GSM 及其相关应用 .32.1.1 GSM 发展历程 .42.1.2 GSM 短消息业务 .52.1.3 GSM 短消息模块 .62.1.4 相关 AT 指令简介 .72.2 上位机开发工具及其相关应用 .72.2.1 Visual Basic 6.0 简介 .72.2.2 Access 数据库简介 .92.2.3 使用 ADO 访问数据库 .102.2.4 SQL 语句 .122.3 下位机开发工具及其相关应用 .132.3.1 Keil uVision2 简介 .132.3.2 TKS_591B 仿真器简介 .132.3.3 烧写器 .143 系统整体功能分析 .153.1 系统功能简介 .153.2 上位机功能分析 .153.3 下位机功能设计 .163.4 系统通信协议规范 .173.4.1 约定规范 .173.4.2 上位机命令帧数据格式 .173.4.3 下位机上传数据帧格式 .184 系统硬件设计 .194.1 上位机硬件设计 .194.2 下位机硬件设计 .195 上位机软件设计 .23IV5.1 主界面设计 .235.1.1 用户登录界面设计 .235.1.2 系统主菜单界面设计 .235.1.3 用户管理界面设计 .245.1.4 修改密码界面设计 .255.1.5 系统日志查询界面设计 .255.1.6 数据采集界面设计 .255.1.7 系统信息查询界面设计 .265.1.8 统计显示界面设计 .275.2 数据库设计 .275.2.1 数据库配置 .275.2.2 数据库结构设计 .286 下位机软件设计 .296.1 设计原则 .296.2 设计架构 .296.2.1 底层驱动程序 .296.2.2 界面层程序 .296.2.3 应用层程序 .296.3 程序流程图 .297 调试 .318 总结 .33致 谢 .35参考文献 .36111 绪论1.1 研究背景随着我国工业生产自动化的飞速发展，计算机监控技术的应用也日益渗透到各种领域。许多工业现场都采取了远程数据采集，计算机监控技术。传统远程数据监测系统往往对监控工作区域采用铺设大量的电缆，通信网线，电话线，光纤等有线通信设施，其成本较高，维护难度较大而且可移动性差，安全系数较低。为了解决这些问题，数据监测系统正朝着低成本，可移动，高智能的方向发展。采用远程数据采集，足不出户即可实现对数据的采集分析。无线通信技术在特殊的工作环境中有许多优点：对于分散、移动的控制对象可以方便的实现相互间的数据通信；对于物理布线困难的地方，采用无线通信技术可以节省大量财力；对于需要组网的以太网、令牌网等有线通信系统，选择无线通信技术可以避免大量的布线工作，同时也避免了有线网由于线路故障而导致系统瘫痪的弊病。无线数据传输系统是需要进行远距离数据传输的应用系统通信平台。众所周知，GSM 是目前应用最广泛的数字移动通信网络。充分利用现有的 GSM网络资源，发挥网络覆盖率高、用户数量大等优势，开展多种增值业务，越来越为GSM 网络运营商所重视。短信服务（SMS：Short Message Service），作为 GSM 网络的一种主要的基本业务，它的传递是可靠的。GSM 模块在数据传输应用上，具有永远在线、无需拨号、价格便宜、覆盖范围广等特点。它特别适用于需频繁传送小流量数据的应用，如车辆调度、安全、导航、监控、监测等领域。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。1.2 发展现状GSM 数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设计，并在蜂窝系统的基础上发展而成。我国 1994 年开始建设 GSM 网，而作为GSM 服务中一项重要的远程业务，SMS （ShortMessageSevers）能够在移动用户及外部系统（比如电子邮件、 页面调度以及声音邮件系统）之间传包括文字与数字的短信息。目前，GSM 模块在广泛的工业应用领域使用，在更行各业都能看到 GSM 模块应用的产品。例如，在车载监控领域，使用 GSM 模块将车辆行驶的 GPS 数据传输回车辆管理中心；在电力、水务系统，通过 GSM 模块实现了远程智能抄表，可以实时监控用户的用电和用水量；在测绘行业，为很多偏僻的测绘点安装了 GSM 模块实现了实时的监控，不必再人工收集数据；在家庭，可以安装无线报警系统，一旦发生火情或盗窃行为，可以立即通知户主和报警；在国外，很多老人小孩带了个人跟踪器，防2止老人和小孩走失或意外发生，里面也是集成了 GSM 模块。可以说，随着 GSM 的网络建设的完善，GSM 模块的应用范围也越来越广。目前国外在 GSM 模块的应用技术已经相当成熟，而国内近几年的发展也非常迅速，应用也日趋广泛。332 相关知识简介2 .1 GSM 及其相关应用GSM 是 Global System For Mobile Communications 的缩写，由欧洲电信标准组织ETSI 制订的一个数字移动通信标准，GSM 是全球移动通信系统(Global System for Mobile communications) 的简称，是当前应用最为广泛的移动电话标准。它的空中接口采用时分多址技术。全球超过 200 个国家和地区超过 10 亿人正在使用 GSM 电话。GSM 标准的无处不在使得在移动电话运营商之间签署“漫游协定“后用户的国际漫游变得很平常。 GSM 较之它以前的标准最大的不同是它的信令和语音信道都是数字式的，因此 GSM 被看作是第二代 (2G)移动电话系统。GSM 系统主要由移动台（MS ）、移动网子系统（NSS）、基站子系统（BSS）和操作支持子系统（OSS）四部分组成。移动台是公用 GSM 移动通信网中用户使用的设备，也是用户能够直接接触的整个 GSM 系统中的唯一设备。移 动台的类型不仅包括手持台，还包括车载台和便携式台。随着 GSM 标准的数字式手持台进一步小型、轻巧和增加功能的发展趋势，手持台的用户将占整个用户的极大部分。基站子系统（BSS）是 GSM 系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分。它通过无线接口直接与移动台相接，负责无线发送接收和无线资源管理。另一方面，基站子系统与网络子系统（NSS）中的移动业务交换中心（MSC）相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息等。当然，要对 BSS 部分进行操作维护管理，还要建立 BSS 与操作支持子系统（OSS ）之间的通信连接。移动网子系统（NSS）主要包含有 GSM 系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能，它对 GSM 移动用户之间通信和 GSM 移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用。NSS 由一系列功能实体构成，整个 GSM系统内部，即 NSS 的各功能实体之间和 NSS 与 BSS 之间都通过符合 CCITT 信令系统No.7 协议和 GSM 规范的 7 号信令网路互相通信。操作支持子系统（OSS）需完成许多任务，包括移动用户管理、移动设备管理以及网路操作和维护。GSM 使用上直观的特点：GSM 系统有几项重要特点：防盗拷能力佳、网络容量大、手机号码资源丰富、通4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、机卡分离。其主要技术特点如下：（1）频谱效率。由于采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码技术，使系统具有高频谱效率。（2）容量。由于每个信道传输带宽增加，使同频复用栽干比要求降低至 9dB，故GSM 系统的同频复用模式可以缩小到 4/12 或 3/9 甚至更小（模拟系统为 7/21）；加上半速率话音编码的引入和自动话务分配以减少越区切换的次数，使 GSM 系统的容量效率（每兆赫每小区的信道数）比 TACS 系统高 35 倍。（3）话音质量。鉴于数字传输技术的特点以及 GSM 规范中有关空中接口和话音编码的定义，在门限值以上时，话音质量总是达到相同的水平而与无线传输质量无关。（4）开放的接口。GSM 标准所提供的开放性接口，不仅限于空中接口，而且包括网络之间以及网络中各设备实体之间，例如 A 接口和 Abis 接口。（5）安全性。通过鉴权、加密和 TMSI 号码的使用，达到安全的目的。鉴权用来验证用户的入网权利。加密用于空中接口，由 SIM 卡和网络 AUC 的密钥决定。TMSI是一个由业务网络给用户指定的临时识别号，以防止有人跟踪而泄漏其地理位置。（6）与 ISDN、PSTN 等的互连。与其他网络的互连通常利用现有的接口，如ISUP 或 TUP 等。（7）在 SIM 卡基础上实现漫游。漫游是移动通信的重要特征，它标志着用户可以从一个网络自动进入另一个网络。GSM 系统可以提供全球漫游，当然也需要网络运营者之间的某些协议，例如计费。2.1.1 GSM 发展历程尽管当前 GSM 相当普及，但是构思移动电话的历史在 GSM 之前很长时间就开始了。GSM 小组 (“Groupe Spcial Mobile“ (法语) 1, 2, 3 and 4)创立于 1982 年。GSM 的名字也是源于这个小组的名字，尽管后来决定使用缩写代替了它的原有的含义。最开始这个小组由 CEPT 负责管理。GSM 系统的原始技术在 1987 定义。1989 年， ETSI从 CEPT 接手。 1990 第一个 GSM 规范说明完成，这个规范的文本长达超过 6000 页。商业运营开始于 1991，地点是芬兰的 Radiolinja。1991 年欧洲开通了第一个 GSM 系统，移动运营者为该系统设计和注册了满足市场要求的商标，将 GSM 更名为“全球移动通信系统 ”（GSM ）。虽然 GSM 作为一种起源于欧洲的第二代移动通信技术标准，但它的研发初衷就是让全球共同使用一个移55动电话网络标准，让用户拥有一部手机就能走遍天下。GSM 也是国内著名移动业务品牌“全球通”这一名称的本源。1992 年欧洲标准化委员会统一推出的标准，它采用数字通信技术、统一的网络标准，使通信质量得以保证，并可以开发出更多的新业务供用户使用。GSM 移动通信网的传输速度为 9.6K/s。全球的 GSM 移动用户已经超过 10 亿，覆盖了 1/7 的人口，GSM 技术在世界数字移动电话领域所占的比例已经超过 70%。由于 GSM 相对模拟移动通讯技术是第二代移动通信技术，所以简称 2G。由于 GSM 标准的开放性，频率利用率比模拟的高（约为模拟网的 1.8 一 2 倍），很快在世界获得了普及，并成为数字制式移动通信（也称第二代）网络的主导技术。GSM 的手机与“大砖头” 模拟手机的区别是多了用户识别卡（SIM 卡）没有插入SIM 卡的移动台（手机）是不能够接入网络的。GSM 网络一旦识别用户的身份，即可提供各种服务。1998 年，3G 合作项目(3GPP)启动。最初，这个项目的目标是制定详细的下一代移动通讯网（3G）规范。然而，3GPP 也接受了维护和开发 GSM 规范的工作。ETSI是 3GPP 的一个成员。2.1.2 GSM 短消息业务SMS 短信 （Short Messaging Service）系最早的短消息业务，而且也是现在普及率最高的一种短消息业务。目前，这种短消息的长度被限定在 140 字节之内，这些字节可以是文本的。SMS 短信以简单方便的使用功能受到大众的欢迎，却始终是属于第一代的无线数据服务，在内容和应用方面存在技术标准的限制。短消息服务器使移动电话（包括 Pocket PC Phone）能够使用 GSM 网络发送短消息，它具有许多有趣的功能：一个 SMS 短消息最长可包括 160 个字符（偶数二进制）。SMS 短信也是一种存储和转发服务。也就是说，短消息并不是直接从发送人发送到接收人，而始终通过 SMS 中心进行转发的。如果接收人处于未连接状态（可能电话已关闭），则消息将在接收人再次连接时发送。SMS 短信具有消息发送确认的功能。这意味着 SMS 与寻呼不同，用户不是简单地发出短消息然后相信消息已发送成功；而是短消息发送人可以收到返回消息，通知他们短消息是否已经发送成功。SMS 短消息的发送和接收可以和 GSM 语音同步进行。SMS 短消息按消息收费，因此要比通过基于 IP 的网络（例如，使用 GPRS 通6用分组无线业务）发送的数据昂贵得多（每字节）。要使用 SMS 短信服务，用户需要预订支持 SMS 的移动网络，并且必须为该用户启用 SMS 的使用。用户需要有发送短消息或接收短消息的目的地。该目的地通常是其他的移动电话，但也可以是服务器。最后，用户还需要有支持 SMS 的移动电话，并需要了解如何使用其特定型号的移动电话发送或阅读短消息。2.1.3 GSM 短消息模块GSM 模块具有发送 SMS 短信，语音通话，GPRS 数据传输等基于 GSM 网络进行通信的所有基本功能。简单来讲，GSM 模块加上键盘、显示屏和电池，就是一部手机。开发人员使用 ARM 或者单片机通过 RS232 串口与 GSM 模块通信，使用标准的AT 命令 来控制 GSM 模块实现各种无线通信功能，例如：发送 短信，拨打电话，GPRS 拨号上网等。基于 GSM 模块产品的