基于GSM网络SMS的无线远程监控终端.doc

武汉理工大学硕士学位论文摘 要由单片机构成的数据采集系统和 PC 机通过串行口构成的微机系统已经广泛应用于工业控制、水文测量、气象测量和环境监测等领域，这些系统大多采用RS-232，RS-485 或是有线 MODEM 的通信方式，虽然经济实用，但其有线数据传输方式在很大程度上限制了应用场合的拓展。无线远程监控是监控技术发展的一个重要方面。直接利用成熟的第三方网络实现无线远程监控是远程监控发展的一个新的方向。随着移动通讯技术的飞速发展，利用现有的 GSM 网络资源，发挥网络覆盖率高、传输特性好等优势，为现有数据采集系统提供一种便捷的无线数据传输方式，这必将成为工业控制及现场监测等领域的发展趋势。在一些小数据量传输的监控场合，人们可以直接利用GSM网路中的短消息业务（SMS）进行数据传输实现无线远程监控。采用短消息业务进行数据传输和普通的无线数据传输方式相比，具有许多明显的优点：数据传输可靠；费用低廉；传输距离远，在GSM网络覆盖的区域基本不受地域的限制等等。本文介绍了一种基于GSM网络短消息（SMS）的远程监控终端的设计与实现。该监控终端是针对小型用户设计的，具有一定的通用性。对于不同的监控对象用户只需对监控终端进行不同的定义。另外，本监控终端采用的是中文短消息的方式进行操作，使用更加方便。这些都是本监控终端突出的特点。本监控终端主要由两部分构成：GSM引擎模块和以单片机为核心的监控单元。GSM引擎模块采用的是西门子公司生产的MC35I模块，它主要用来收发短消息，监控单元则用来完成具体的监控任务和PC机及TC35T进行通讯。本文主要包括以下几个部分：第一部分为绪论。介绍了本课题的研究目的和意义以及完成的主要工作和本系统的主要功能；第二部分介绍了GSM短消息（SMS）的相关知识；第三部分介绍了短消息收发模块MC35I以及AT指令的相关内容；第四部分介绍了监控终端的功能模块的硬件设计；第五部分介绍了本系统的软件设计流程。第六部分结论与展望。关键词： 单片机 短消息 MC35I AT指令 自定义AbstractData collecting system composed of MSC and micro-computer system composed of PC in series have already been widely used in industrial control,meteorological phenomena measurement and environmental monitoring etc.These systems mostly apply RS-232, RS-485 or cable modem ,though very economical and practical,but cable data transmission has limited its application prospects to a large extent.Wireless remote monitor and control is an important respect of the development of automatic technology. It is a new direction of the development of monitor and control technologies to make use of the ripe third partys network to realize wireless remote monitor and control directly. With the development at full speed of mobile communication technology，By using existing GSM network resources, taking the advantage of wide covering, good transmitting characteristics, a convenient wireless data transmission method has been put forward for present data collecting system. This shows the trend in the field of industrial control and live monitoring. In the case of monitor and control field transmitting a little amount of data amount， People can utilize short message service (SMS) in GSM networking directly to transmit data in order to realize wirelessly remote monitoring and controlling. Compare with ordinary wireless data transmission means， adopting the short message service to transmit data have a lot of obvious advantages: data transmission is reliable； the expenses are cheap； the transmitting distance is very far with little restricted by region basically in the area covered by GSM networking etc.This paper has introduced the design and application of a kind of wireless remote monitor and control terminal based on the short message service (SMS) of GSM network. The terminal is designed for small-scale user， and has certain commonability. User only needs to self-define the terminal differently according to the different objects monitored and controlled. In addition，the terminal is operated by the means of Chinese short message，and it is more convenient to use. All these are the outstanding characteristic of the terminal.The terminal consists of two parts mainly: GSM engine module and a monitor and control unit taking single-chip computer as the core. The GSM engine module is the MC35I module produced by Siemens Company； it is used for receiving and delivering short message mainly. The unit is used to finish the concrete monitor and control task，and communicate with PC or MC35I.This paper includes the several following part mainly:The first part is the foreword. It has introduced the study purpose and significance of the topic，the work that has been done and the leading function of the terminal.The second part has introduced the relevant knowledge of the GSM short message service (SMS). The third part has briefly introduced GSM engine module TC35T and the relevant knowledge of AT commands.The fourth part has introduced the hardware design of the function modules.The fifth part has introduced the process of the software design.The sixth part is conclusion and prospect.Key words: Single-chip computer； short message service (SMS)； MC35I； AT commands； self-define第1章 绪 论1.1 本课题研究的目的和意义目前，远程监控系统已经在安全监控、生产过程监控、住宅校区监控等领域被广泛应用。特别是911之后，远程监控技术仿佛一夜间风行于美国市场，同样，SARS肆虐也使远程监控技术在国内市场炙手可热，网上、报纸、杂志等各种媒体上有关远程监控的宣传报道扑面而来。通过远程监控可以实现现场运行数据的实时采集和快速集中，获得现场监控数据，为远程故障诊断技术提供了物质基础；通过远程监控，技术人员无须亲临现场或恶劣的环境就可以监视并控制生产系统和现场设备的运行状态及各种参数，使受过专业训练的人员虚拟地出现在许多监控地点，方便地利用本地丰富的软硬件资源对远程对象进行高级过程控制，以维护设备的正常运营，从而减少值守工作人员，最终实现远端的无人或少人值守，达到减员增效的目的。当然，通过这些技术，当遇到特殊情况的时候，通过远程监控，在不影响生产、生活的情况下，也可以保护人的生命安全。目前，越来越多的企业集团呈现跨地域的发展趋势，利用网络技术实现远程监控，对企业降低生产成本，提高劳动生产率，提高企业产品的科技含量，以及增强企业的综合竞争实力等方面都具有十分重要的意义。远程监控系统将有着广泛的应用前景，对其进行研究应用将带来巨大的社会效益和经济效益。当今世界已进入了飞速发展的信息时代，信息产业已成为国民经济的主导产业，通信则成为信息产业中发展最为迅速，进步最快的行业。而在通信领域中，移动通信(GPRS)网则是这个领域中发展最积极最活跃最快的分支之一。在GPRS中，唯一不需建立端到端通信的业务就是短消息业务（SMS），在移动设备处于点与点通信状态下，还能同时实现短消息业务。GPRS模块在短信息方面的应用最具优势，短消息具有随时在线（Always Online）、不需拨号、价格便宜、覆盖范围广等特点，特别适合于需频繁传送小流量数据的应用，如工业遥感遥测遥控、信息反馈无人值守站机房监控和远程维护（如服务器，交换机等），其他无人值守点（如仓库、办公楼等）监控 、电力系统城市中压电网实时监控和自动补偿、集团车辆调度与安排计算机增值服务等领域。本系统中嵌入了GPRS模块，运用它最具优势的短信功能，将采集的数据以短信的方式发送到控制中心，控制中心也以短信方式实现对终端的适时监控和管理。另一方面，由单片机构成的数据采集系统和PC机通过串行口构成的多微机系统已经广泛应用于工业控制、环境监测等领域，这些系统大多采用 RS-232，RS-485 或是有线 MODEM 的通信方式，虽然经济实用，但其有线数据传输方式在很大程度上限制了应用场合的拓展。利用现有的 GPRS 网络资源，发挥网络覆盖率高、传输特性好等优势，为现有数据采集系统提供一种便捷的无线数据传输方式。GPRS 网络在短消息方面的应用具有不需拨号、价格低廉、传输可靠、覆盖范围广等特点，适用于需频繁传送小流量数据和不宜铺设线路的应用场合。GPRS远程监控系统是利用单片机组成的数据监控系统，通过 GPRS 网络以短消息的形式完成远程数据的传输，即在传统的单片机数据采集系统中增加支持短消息、数据通信等业务的GPRS模块，并为其分配一个独立的SIM卡，结合单片机系统通过串行通信接口，实现数据的远程无线传输。监控终端可以是由单片机构成的一个监控单元模块。1.2 远程控制技术概况从上个世纪90年代以来，随着科学技术的迅速发展，人们的生产行为、生活方式都发生了重大的变化，作为生活生产中非常重要的一项技术即监控技术的重要性正在逐渐被人们所认识和重视。监控系统的演变，是一个从集中监控向网络监控的发展历史。早期的监控系统，采用大型仪表集中对各个重要设备的状态进行监视，并通过操作盘来进行集中式操作。而计算机监控系统是以监测控制计算机为主体，加上检测装置、执行机构与被监测控制的对象（生产过程）共同构成的整体。在该系统中，计算机实现了生产过程的检测、监督和控制功能。在现代企业的生产和管理中，大量的物理量、环境参数、工艺数据、特性参数需要进行实时检测、监督管理和自动控制。由于工业生产过程控制要求的高环境适应性、高实时性、和高可靠性等特点，自动控制与检测技术一直沿着自己的道路发展，测控领域所使用的通信技术都自成体系，许多通信协议不开放，而且大多数系统都是面向单台，或单一类型的设备。随着生产力的进步，设备的分布越来越离散。单一的，各自独立的监测系统已不能适应工业化的需求，于是便产生了分布式系统。这种系统以计算机网络为基础，使系统资源分配趋于合理。但是由于目前运行的绝大多数分布式监测系统还只是在局域网上，通常的测控仅局限于同一地点，所以具有一定的地域局限性。Internet能实现资源的共享，从而使人们有能力解决以前在极有限的资源下很难解决的问题，为远程监控系统的发展提供了有利的条件。远程监控是本地计算机通过网络系统如Internet/Intranet，对远端进行监视和控制，完成对分散控制网络的状态监控及设备的诊断维护等功能。我们通常把能够实现远程监控的通信媒体、计算机软件、硬件系统称为远程监控系统。在现场设备分布广泛或数据不易采集的场合，要能够及时地监视设备的运行状态并进行有效控制，这就是远程监控技术在工业生产上的需求。远程监控系统有两种类型，一种是生产现场没有现场监控系统，而是将数据采集后直接送到远程计算机进行处理，这种远程监控与一般的现场监控没有多大的区别，只是数据传输距离比现场监控系统要远，其它部分则和现场监控系统相同；另一种是现场监控与远程监控并存。一般是采用现场总线技术将分布于各个设备的传感器、监控设备等连接起来，这样就从分立单元阶段进入了集成单元阶段，然后各个管理站点的服务再用局域网连接起来，这样就形成了企业内部网（Intranet）。由于建立了基本的网络信息基础结构，设备监测、维护技术进入了集成系统阶段，在一个单位的内部基本上实现了资源和信息共享。采集与处理功能：主要是对生产过程的各种模拟或数字量进行检测、采样和必要的预处理，并且以一定的形式输出，如打印报表、显示屏和电视等，为生产人员提供详实的数据，帮助他们进行分析，以便了解生产情况；监督功能：将检测到的实时数据、还有生产人员在生产过程中发出的指令和输入的数据进行分析、归纳、整理、计算等二次加工，并分别作为实时数据和历史数据加以存储；管理功能：利用己有的有效数据、图像、报表等对工况进行分析、故障诊断、险情预测，并以声光电的形式对故障和突发事件报警；控制功能：在检测的基础上进行信息加工，根据事先决定的控制策略形成控制输出，直接作用于生产过程。基于B/S和C/S的远程监控系统是以网络作为通信平台的监控系统，以HTTP技术为基础，具有简单、高效等优点，已经成为信息网络的一种最普遍应用的信息交互平台。利用网络通信技术、Socket技术、数据采集技术及面向对象等软件技术实现了整个系统的系统管理、用户管理、设备监控、数据显示及报警等模块，其优点是充分利用了现有的局域网资源和广域网资源，以最高的性能价格比，以信息的实时获取和实时控制为中心，实现信息、资源及任务的综合共享和全局一体化的管理。例如：监控系统将设备运行情况提供给服务器，并由服务器发送到各个节点客户机，工作人员在客户机端（一般为远端）便可了解整个系统的工作状态及运行情况。简单地讲，对企业来说就是充分利用现代技术解决实时数据的采集、传输和处理以及进行实时控制的问题。正是它的这些优点使得它得以飞速发展。随着网络技术的不断发展，远程监控将更多地应用在企业生产过程的管理中，专业技术人员可以通过互联网来管理和维护生产过程，优化生产工艺，提高设备的可用率，最终降低生产成本，提高效益。借助于远程监控可以将企业内部的信息网（Intranet）与控制网有效地连接起来，实现对生产、运营情况的随时掌握，把生产运营状况同企业的经营管理策略紧密结合，从而实现企业的综合自动化，可以建立网络范围内的监控数据和网上知识资源库。通过远程监控可以实现现场运行数据的实时采集和快速集中，获得现场监控数据，为远程故障诊断技术提供了物质基础；通过远程监控，技术人员无须亲临现场或恶劣的环境就可以监视并控制生产系统和现场设备的运行状态及各种参数，使受过专业训练的人员“虚拟”地出现在许多监控地点，方便地利用本地丰富的软硬件资源对远程对象进行高级过程控制，以维护设备的正常运营，从而减少值守工作人员，最终实现远端的无人或少人值守，达到减员增效的目的。目前，越来越多的企业集团呈跨地域的发展趋势，利用网络技术实现远程监控，对企业降低生产成本，提高劳动生产率，提高企业产品的科技含量，以及增强企业的综合竞争实力等方面都具有十分重要的意义。随着网络技术的飞速发展和监控范围的扩大，监控系统由过去的单机监控过渡到现在的网络监控，但目前还存在着一些问题。首先，网络通信技术不足的问题。网络通信技术是远程监控技术中最为关键的技术，然而，目前网络通信一般简单采用Socket技术，甚至FTP或E-Mail等，这些技术无论在传输的数据量、编程的灵活性还是安全性方面都有很大的欠缺，特别是对于现场多个端点的数据采集，会大大增加编程的复杂度，不能满足远程监控技术对网络通信的需求；其次，网络通信中多种结构并存的问题。目前的远程监控系统结构大多比较复杂，分布距离远，而且还存在着不同局域网，不同平台，甚至在同一局域网中的操作平台以及编程语言也可能有不同的问题，这就要求集成网络中的不同平台，实现相互之间的通信，而这些问题采用传统方法是难以解决的。远程监控是国内外研究的前沿课题，国内外都展开了积极的研究。1997年1月，首届基于Internet的远程监控诊断工作会议由斯坦福大学和麻省理工学院联合主办，有来自30个公司和研究机构的50多位代表到会。会议主要讨论了有关远程监控系统开放式体系、诊断信息规程、传输协议及对用户的合法限制等，并对未来技术发展作了展望。由斯坦福大学和麻省理工学院合作开发基于Internet的下一代远程监控诊断示范系统，这项工作同时也得到了制造业、计算机业和仪器仪表业的Sun、HP、Boeing、Intel、Ford等12家大公司的热情支持和通力配合。之后，由这些公司共同推出了一个实验性的系统Testbed。Testbed用嵌入式Web组网、用实时 JAVA和Bayesian Net初步形成在Internet范围内的信息监控和诊断推理。另外，许多国际组织，如 MIMOSA（Machinery Information Management Open SystemAlliance）、SMFPT（Society for Machinery Failure Prevention Technology）、COMADEM（Condition Monition and Engineering Management）等，也纷纷通过网络进行设备监控与故障诊断咨询和技术推广工作，并制定了一些信息交换格式和标准。许多大公司也在他们的产品中加入了Internet的功能，如Bently公司的计算机在线设备运行监测系统Data Manager 2000可以通过网络动态数据交换（Net DDE）的方式向远程终端发送设备运行状态信息；著名的NationalInstruments公司也在它的产品LabWindows/CVI以及LabVIEW中加入了网络通讯处理模块，因而可以通过WWW、FTP、Email方式在网络范围内进行监控数据的传送。法国“ALARM”研究组对生产过程的智能报警和监控系统进行了长期研究，并在多个项目中进行了应用。国内对于远程监控技术也开展了积极的研究。目前，西安交大、华中科技大学、哈尔滨工业大学、南京理工大学等高校已取得了较为先进的研究成果，如西安交通大学研制的“大型旋转机械计算机状态监测系统及故障诊断系统RMMD”、华中科技大学开发的“汽轮机工况监测和诊断系统KBGMD”、哈尔滨工业大学的“微计算机化机组状态监视与故障诊断专家系统MMMDES”等。计算机领域经历了一场新的革命，它结合了现代控制技术、图形技术，其目标是随时随地为人们提供无缝的、高质量的、易用的、廉价的信息资源，使其能真正进入人们的生活。计算机监控系统的技术水平也从初期的模拟信息传输与控制飞速发展到了数字化、网络化信息传输与控制。目前远程监控技术的主流是应用Internet技术，在TCP/IP协议和WWW规范的支持下，合理组织软件结构，使工作人员通过访问网络服务器来迅速获取自己权限下的所有信息并及时做出响应。将来，嵌入式系统的发展会越来越迅速，越来越成熟，这项新技术迟早必将用于远程监控系统上，是监控系统未来发展方向之一。嵌入式监控系统可以使信息实现本地化处理，改善服务器性能，可以使每一个设备具备上网与服务功能，即每一个设备都可以独立进行服务，从而大大提高监控的质量和范围。1.3 本课题完成的主要工作本课题的主要任务是设计一个基于GSM网络SMS的无线远程监控终端。它可以应用于人们的日常生活和某些工业生产等领域，具有一定的通用性。用户可以对其各个端口根据具体的不同控制对象进行定义，使其能够更加符合实际控制的操作习惯。用户只要使用一部手机就能够对受控对象实现实时的远程监测和控制，使监控任务变得更加便捷。并且本终端完全是按照支持中文的要求进行设计的，这样用户就可以用纯中文的方式进行操作：用户对终端的各端口以中文的方式进行定义；用户手机对终端的访问也是以中文短信的形式进行；终端反馈给用户手机的信息也是中文短信。设计本监控终端的具体工作可分为以下几个主要方面：（1）根据所需要实现的功能确定总体实现方案。确定系统的总体框架，完成硬件设备的选型等。（2）根据总体方案完成硬件设计。（3）编写监控软件。（4）进行综合调试，实现预期设计功能。1.4系统功能介绍本系统是采用短消息的形式来进行远程检测和控制的。监控终端外接的监控对象有：（1）两个开关按纽控制其亮灭的LED，具体的代表含义由使用者自己设定，例如：其中一个表示警情，如果现场操作人员按下警情LED，那么该LED就会亮，同时系统会发送中文短消息“报警”到控制权限者的手机；弹起该LED，那么该LED就会灭，同时系统会发送中文短消息“撤警”到控制权限者的手机。这样的话，工业现场操作人员就可以把现场的情况传达给远方的控制权限者。同时，无论在什么时候，控制权限者都可以发送中文短信的方式查询此两个端口状态。（2）一个红灯LED和一个绿灯LED，主要是用做控制权限手机给工业现场操作人员传达信息的指示灯，有下面六种状态：“红灯亮”、“红灯灭”、“红灯闪亮”、“绿灯亮”、“绿灯灭”、“绿灯闪亮”，具体要传达的意思需控制权限者和现场操作人员约定。例如：控制权限者发送“红灯闪亮”给控制终端，则控制终端收到该信息后就会执行此命令，红灯开始闪亮，现场人员看到红灯闪亮，就会领会控制权限者的意思，进行现场操作，同时控制终端返回短消息“红灯闪亮”到控制权限者手机以确认动作已经执行。同时，无论在什么时候，控制权限者都可以发送中文短信的方式查询此两个端口状态。（3）八路继电器。可以控制与检测工业现场八个电器的工作情况。每一个继电器在系统中都有一个用于约定好的名字，操作者只需要对名字进行命令就好了。人机交流方便。继电器是一种电子开关，既可以作为工业电器应用，也可以在家庭的电器中应用。（4）八个PLC输入驱动口。可以给PLC提供8八路输入信号，可以满足对一般的PLC控制系统的远程控制。同样的，每个PLC接口在系统中都有一个用于约定好的名字，操作者只需要对名字进行命令就好了，人机交流方便。第2章 GSM短消息（SMS）随着GSM（Global System for Mobile communication）移动通信网络的迅速普及和竞争的日益激烈，新技术和新业务的开发和应用已提到十分重要的位置。GSM网络的通信技术成熟,覆盖面广,利用GSM 来实现远程数据的实时传输和对远程目标的控制,无疑是对现有资源的最大利用。采用GSM传输数据,不需要用户自己建立基站,对用户的数量没有限制,几乎不受区域限制。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。短消息服务 (Short Message Service，SMS) 业务作为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。短信息是随着网络的高速发展而进入人们生活的,它已经成为现代人获取信息的重要的、便捷的手段。它打破了地域和时间的限制,真正实现了用户与信息的同步,其传播效率具有传统媒体及互联网不能比拟的优势。短消息业务与话音传输及传真一样，同为GSM数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务，它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，每个短消息的信息量限制为140个字节。在短消息的可靠传递基础上，GSM网络与国际互联网技术的结合将给目前以提供话音服务为主的GSM移动通信网络带来新的生机。GSM通信网络具有覆盖范围广、性能稳定可靠、使用费用低廉等特点。近年来GSM网络的短消息业务、USSD（非结构化补充数据） 业务等增值业务又越来越多的被应用于远程设备监控、数据采集等工业遥测、监控领域, GSM网络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。2.1 短消息业务概述短消息业务是在GSM中唯一不要求建立端到端路径的业务，即使移动台已处于完全电路型通信情形下也可进行短消息传输。GSM短消息业务是GSM 通信网络特有的,它不用拨号建立连接,直接把要发的信息加上目的地址,利用信令信道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。短消息业务起初只被当成用来通知用户话音邮件到达的一种寻呼机制，但现在越来越多的用作消息业务。通过短消息业务，GSM用户能够很方便的与几乎是世界各地的数字蜂窝网的其它用户交流简短消息。短消息业务以数字蜂窝终端发送和接收短消息的能力为基础，SMS是对发送信息具有保证的双向服务，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。即使目的蜂窝终端不在网络中（比如关机或是不在服务区内），GSM网络也会保留发给它的短消息并当该终端又出现在网络内后进行传递。传送短消息业务的信道为专用控制信道（DCCH）。DCCH为点对点双向控制信道，包括独立专用的控制信道（SDCCH），快速随路控制信道（FACCH）和慢速随路控制信道（SACCH）。短消息的传输是在SDCCH或SACCH中进行。短消息业务包括点对点短消息（SMS）和小区广播（CBS）。点到点短消息业务是通过移动业务起始(Mobile Origin，MO)和移动业务终止(Mobile Terminal，MT)将一条短消息从一个实体发送到指定目的地址的业务。而小区广播短消息业务则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业务。因此根据不同的要求和情况可以采用不同方式的短消息业务。通常我们所说的短消息主要指的是点对点短消息。点对点短消息（Point to Point Short Message）是通过移动通信网的信令信道传送简短文字信息的业务。有线是通过7号信令网，无线是通过SDCCH（未通话时）或SACCH（通话中）信道传送。短消息最大消息长度为140个字节。点对点的短消息服务可以实现双向计费性传送。它提供的服务方向可以是固定用户接向移动用户，或者相反。固定用户不必关注移动用户所在的位置。短消息服务必然导致短消息服务器的出现，它们是短消息服务中心SMSC(Short Message Service Centre)或服务中心SC(Service Centre)。点对点的短消息业务是由短消息业务中心完成存储和前转功能的。一个短消息传输网络是由移动交换中心(Mobile Switching Center，MSC)、SMS网关(SMSGateway Mobile services center，SMCGWMS或SMCGMSC)、位置归属寄存器(Home Location Register，HLR)、访问位置寄存器(Visitor Location Register，VLR)和短消息服务中心SMSC、以及短消息实体(short Message Entity，SME)移动台MS等部分组成的。如图2-1所示。图2-1 短消息传输网络的构成短消息实体SME：接收和发送短消息的实体，包括移动用户、固网用户、语音信箱、信息点播平台和Internet等；短信息服务中心SMSC：负责在基站和SME间中继、存储或转发短消息；移动交换中心MSC：负责系统切换管理，并控制来自或发向其它电话或数据系统的拨叫；SMS网关SMCGWMS：接收由SMSC发送的短消息，向HLR查询路由信息，并将短消息传送给接收者所在基站的交换中心；归属位置寄存器HLR：用于永久存储由SMSC产生的管理用户和服务记录的重要数据库。SMS网关与HLR之间的协议使前者可以要求HLR搜索可找到的用户地址。它与MSC、HLR之间的协议一起，能在移动台因超出覆盖区而丢失报文、随后又找到时加以提示；访问位置寄存器VLR：含有用户临时信息的数据库，以便交换中心服务访问用户时使用这些信息。短消息业务中心完成短消息的中继和存储转发功能。SMSC到MS递交短消息时，短信息首先通过网关SMS-GMSC，查询归属位置寄存器HLR获得路由信息，再将短消息送到MS；MS到SMSC递交短消息则是通过网关SMS-IWMSC完成。在传送短消息协议数据单元（TPDU）后，接收方会返回一个接收状态报告给发送方，并设置相关的寄存器状态位，以保证通信可靠性。移动始发的短消息从移动台接入系统开始，到收到短消息中心发来的发送成功为止。短消息的发送过程如图2-2所示。图2-2 短消息发送过程示意图当某移动用户发送一条短消息时，处理该移动用户请求的移动业务中心（MSC）则从访问位置寄存器(VLR)中获得用户的相关信息。当VLR返回相关信息后，MSC向交互移动业务中心(IWMSC)转发短消息。通过IWMSC，把短消息送至SC。SC接收到短消息后给IWMSC发一确认消息。随后IWMSC向MSC发送转发完成的确认消息，最后MSC告知移动用户短消息已转发完成。移动终结短消息的过程与移动用户被呼叫的过程类似。接收短消息的流程如图2-3所示。图2-3 短消息接收过程示意图接收短消息时短消息中心SMSC将收到的短消息发送至关口GMSC，GMSC根据所收到的短消息内容向HLR查询，取得发送短消息所必须的路由信息，然后将短信传送给短信接收者所在的MSC。然后，MSC向VLR申请要接收短消息用户的信息，VLR接到此消息后，则开始寻呼(或寻找)移动用户过程：首先，VLR通过MSC在其区域内寻呼移动用户，一旦用户被找着，MSC就收到寻呼响应信息，并向VLR返回寻找用户确认消息，VLR得到此消息后，回送给MSC申请用户信息的确认。MSC收到该消息后，则开始向用户转发短消息。转发完后，用户发一确认消息至MSC。然后，MSC给GMSC回一确认消息，最后GMSC向SMSC送确认信息表明短消息己成功转发。GSM网络中的短消息业务不占用话音通信的信道，费用低廉，对用户极具吸引力。短消息业务的出现为目前以提供话音服务为主的GSM移动通信网络开辟了一个全新的服务领域。短消息业务具有以下特点： 短消息传输速率低，适合于简短信息的传送。它既是电信业务，也可以通过短信中心与增值业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（即存在时延）； 短消息的传送占用了控制信道，在业务量较高时，会受到无线信道的能力限制； 短消息的技术最成熟，对网络改造较小，实现业务比较容易。利用短信可以实现一些增值业务，如信息点播、交易服务（股票交易、手机银行等）、定位业务、话费催缴及查询业务、远程监测监控等。2.2 短消息编码对于SMS编码，ESTI制定了详细的规范，即GSM 03.40和GSM 03.38。有两种方式来发送和接收SMS消息：文本(TEXT)模式或者PDU（Protocol Description Unit、协议数据单元）模式。文本模式只能发送普通的ASCII字符，而要发送图片、铃声、其它编码的字符（如中文）就必须采用PDU模式。PDU Mode被所有手机支持，可以使用任何字符集，这也是手机默认的编码方式。PDU模式不仅支持中文短信，也能发送英文短信。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、8-bit编码、16-bit编码。7-bit编码用于发送普通的ASCII字符，它将7-bit的字符（最高位为0）编码成8-bit的数据，每8个ASCII字符可“压缩”成7个字节；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。在这三种编码方式下，可以发送的最大字符数分别是 160、 140、 70（这里将一个英文字母、一个数据字节和一个汉字都视为一个字符）。若要发送中文，必须采用PDU模式的Unicode（UCS2）编码方式。一般的PDU编码由AM十三项组成：A：短信中心地址长度，1个字节；B：短信中心号码类型，1个字节；C：短信中心号码，B+C的长度由A中的数据决定；D：文件头字节，1个字节；E：信息类型，1个字节；F：被叫号码长度，1个字节；G：被叫号码类型，1个字节取值同B；H：被叫号码，长度由F中的数据决定；I：协议标识，1个字节；J：数据编码方案，1个字节；K：有效期，1个字节；L：用户数据长度，1个字节；M：用户数据，长度由L中的数据决定。所谓UCS2 编码，是将单个的字符(1-2 个字节)按ISO/IEC10646的规定，转变为16 位的Unicode 宽字符。即将单个的字符转换为由四位的0-9、A-F的数字和字母组成的字符串。通过UCS2编码我们得到中文Unicode码。从表面上看，PDU 串是ASCII 码串，同样由0-9、A-F这些数字和字母组成。它们是8 位字节的十六进制数，或者BCD 码十进制数。PDU 串除了包含所发送的消息本身外，还包含很多其它参数信息，如服务中心号码、目标号码和编码方式等。例如：SMSC号码是+8613800270500，发送消息内容是“Hello!”到收方号码PDU字符串为 08 91 68 31 08 20 07 05 F0 11 00 0D 91 68 31 78 21 95 78 F8 00 00 00 06 C8 32 9B FD 0E 01对照规范，各分段含义是：A:08-SMSC地址信息的长度为8个八字节（包括91）； B:91-SMSC地址格式。91是TON/NPI遵守International/E.164标准，指在号码前面加“”，此外还有其它数值，但91最常用； C：68 31 08 20 07 05 F0-SMSC地址8613800270500（武汉）。SMSC号码用BCD码表示，且高4位与低4 位对调。又因其总长度为11位，故补F凑成字节，A、B、C通称短消息中心地址；D：11-基本参数。表示发送、TP-VP用相对格式； E：00-消息基准值0； F：0D-目标地址数字个数为13个十进制数（不包括91和F） G：91-目标地址格式。用国际格式号码（即号码前面有+）； H：68 31 78 21 95 78 F8-目标地址8613871259878，用高4位与低4 位对调的BCD码表示，并补F凑成字节； I：00-协议标识。表示是普通GSM类型、点到点方式；J：00-用户信息编码方式。表示7-bit编码； K：00-有效期。表示5分钟；L：06-SMS信息长度。表示实际长度6个字节；M：C8 32 9B FD 0E 01-SMS信息，“Hello!”。在此多个7bit的ASCII字符被拼成8bit的字节。C8 32 9B FD 0E 01就是由“Hello!”的ASCII码48 65 6C 6C 6F 21按下图所示方法拼成。拼ASCII 字符的时候需要处理补位。补位规则 : 将后一字节的从尾取位补在前一字节的头 ,补满 8 位。 图2-4是处理ASCII码时的编码过程示意图。图 2-4处理ASCII码时编码过程本系统是采用中文短信的方式来对终端进行检测与控制，因此，在设计控制器短信控制方式时采用了PDU模式的Unicode（UCS2）编码方式来实现短消息的收发。第3章 短消息收发模块MC35I3.1 短消息收发模块MC35I控制器要完成短信控制必须具备短消息的收发能力，自己开发GSM短消息收发模块难度较大，现在市场上有很多性能很好的GSM短消息收发模块，因此在设计控制器主板时只设计了与短消息收发模块之间通讯的RS232接口。短消息的收发由外接的短消息模块来完成，模块将收到的短消息通过RS232接口送给单片机，单片机根据短消息的编码格式取出短消息内容，根据内容完成相应的控制操作，单片机也可以根据格式要求编写短消息，然后通过模块发送短消息给远端的手机。系统选用的短消息收发模块是深圳百亿科技公司生产的GPRS MODEM。该模块可以直接与电脑的串口相连接，模块通过串口将收到的数据传送给PC机。模块支持GSM和GPRS网络，有关GPRS无线网络通讯的内容将在下一章中介绍，在本章中主要介绍将模块和控制器的主板RS232串口连接通过模块进行短消息的收发。因该模块支持GPRS服务，所以价格比较高，如果控制方案中只需要短消息方式，可以购买只支持短消息服务的GSM模块，这样的模块价格要低的多。GPRS MODEM的核心是SIMENS的MC35i模块，在此对MC35i做一些介绍。在由ESTI（欧洲电信标准协会）制定的SMS/GPRS规范中，与短消息收发有关的规范主要包括GSM03.08、GSM03.40、GSM07.05。前两者着重描述SMS的技术实现（含编码方式），后者则规定了SMS的DTEDCE接口标准（AT命令集）。MC35i模块是采用AT指令集进行控制，采用AT指令可以实现模块参数的设置，实现数据的发送与接收。在GSM07.05和GSM07.07标准中对标准AT指令作了详细的规定，有关AT指令的内容稍后叙述。MC35i是新一代GSM/GPRS双频模块，其实际上是一块可以二次开发的无线调制解调器（MODEM），它采用紧凑型设计，完全兼容于上一代的MC35产品，为用户提供了简单，内嵌式的无线GSM/GPRS连接。MC35i模块有固定的传输参数：8位数据位和一位停止位，无校验位。因在操作者和远程控制器之间通信采用短消息的方式，因此短消息中每个数据信息代表的具体意义及短消息中数据的排列规则都需要通信的双方达成一致。因此通信双方必须具备能够完成短消息收发的协议，这些协议就是根据MC35i的数据传输的格式和短消息编码的格式以及标准AT指令格式制定的。要完成短消息的收发，软件设计中必须完成这些实现短消息收发的协议。MC35i的具体功能和特点如下：支持:EGSM900/GSM1800双频；GPRSclasss8/ClassB；GSM phase2/2+；输出功率:EGSM900，2W/GSM1800，1W；输入电压:3.34.8V；功耗:休眠状态，3.50mA(最大)；空闲状态，25.OmA；发射状态，30OmA(平均)，2.50A(峰值)；控制:AT指令直接控制；体积:54.5363.6mm3；数据速率:CSD状态下最大速率14.4kbps，GPRS状态下行最大速率85.6kbps；接口:40pin，包括电源、3V SIM卡、RS232接口、语音、控制等管脚/50天线接口；支持:语音、短消息、数据业务、传真等。MC35i内部结构示意图如图31。从MC35i内部的功能块可知，其已经包括了射频(RF)处理、网络检测、基带处理、电源管理及SIM卡处理等功能因此MC35i能够处理与基站的空中接口可靠连接，这样在利用MC35i设计GSM/GPRS终端时只需要考虑如何利用MC35i提供的对外数据和控制接口，根据实际应用设计适配终端模块。图3-1 MC35I内部结构图3.2 AT指令以SIMENS公司的MC35I为内核的无线调制解调器采用AT指令进行控制。AT指令是Hayes公司为MODEM（调制解调器）制定的一个控制指令集，用于数据终端（计算机）和MODEM之间的通信。由于当时Hayes公司生