基于GSM模块与C51的实时采集系统下位机软件设计

使学 士 学 位 论 文基于 GSM 模块与 C51 的实时采集系统下位机软件设计作 者 姓 名： 程 成 学科、专业 ： 电子信息工程 04 级 学 号 ： 04423001 指 导 教 师： 刘春玲 完 成 日 期： 2008 年 5 月 22 日 基于 GSM 模块与 C51 的实时采集系统下位机软件设计总计: 毕业论文 54 页表 格 3 表插 图 10 幅指导教师： 评 阅 人： 完成日期：2008 年 5 月 22 日基 于 GSM 模 块 与 C51 的 实 时 采 集 系 统 下 位 机 软 件 设 计- -摘 要目前 GSM(Global System for Mobile Communication)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 基 于 GSM 模 块 与 C51 的 实 时 采 集 系 统 下 位 机 软 件 设 计- I -ABSTRACTCurrently GSM (Global System for Mobile Communication) mobile communication technology, infrared technology and Bluetooth technology is the worlds most popular wireless data communications technology. GSM system which is based on TDMA technology in the mobile communications system is much mature, perfect and the most extensive application system. As Chinas mobile communication technology continues to develop, voice communications and short message as the most basic means of communication in GSM system are entering a period of rapid growth and the use of mobile communication technology to achieve remote control has been an increasingly broad theory with practical value.Around the “GSM module controlled to send and receive text messages“ hot topics, the paper describes the corresponding GSM wireless terminal design plan. In the design with Atmels 8-bit microcontrollers AT89S51 and Siemens Companys GSM modules TC35i, we accomplish a GSM system to send and receive text messages as well as a collection of data of voltage and temperature. This system is mainly composed of TC35i, MCU, LCD and the monitoring circuit.This paper first introduces the topic of practical significance, as well as remote monitoring technology of data collection; then makes a detailed description of the Short Message Service in the GSM, including types and features of SMS, SMS transmission process, AT Instructions set and then completes the design of hardware and software of whole system including the external design of TC35i and acquisition system based on MCU; finally through the commissioning of the system, we complete the expected task, and make the expansion of the subject. The thesis focuses on the module in the control of MCU to realize the function to send and receive short messages. Key Words：TC35i；SMS；MCU；C51基 于 GSM 模 块 与 C51 的 实 时 采 集 系 统 下 位 机 软 件 设 计- II -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 .32.1 GSM 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 .62.2 AT 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 .103.2.1 TC35i 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 .133.3.1 AT89S51 单片机简介 .133.3.2 信号采集电路 .143.3.3 LCD 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 .15基 于 GSM 模 块 与 C51 的 实 时 采 集 系 统 下 位 机 软 件 设 计- III -4.2.2 模拟量采集程序设计 .174.2.3 数字量采集程序设计 .194.2.4 LCD 显示程序设计 .204.3 GSM 模块软件设计 .234.3.1 GSM 模块初始化设计 .244.3.2 GSM 模块接收程序 .264.3.3 GSM 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基 于 GSM 模 块 与 C51 的 实 时 采 集 系 统 下 位 机 软 件 设 计- 0 -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。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，且需申请占基 于 GSM 模 块 与 C51 的 实 时 采 集 系 统 下 位 机 软 件 设 计- 1 -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。基 于 GSM 模 块 与 C51 的 实 时 采 集 系 统 下 位 机 软 件 设 计- 2 -2.短消息简介2.1 GSM 短消息业务介绍2.1.1 短消息业务GSM(Global System Mobile Communication)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(Short Message Service)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, Cell Broadcast Channel)。(1) 点到点短消息业务是指一条短消息