（控制理论与控制工程专业论文）智能远程家电控制及安防系统的研究.pdf

曲阜师范大学博士硕士学位论文原创性说明 ( 在口划“4 ) 本人郑重声明：此处所提交的博士口硕士留论文智能远程 家电控制及安防系统的研究，是本人在导师指导下，在曲阜师范大 ， 学攻读博士口硕士日学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论 文中除注明部分外不包含他人已经发表或撰写的研究成果。对本文的 研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中已明确的方式注 明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 名：步酞 瞧川、7 曲阜师范大学博士硕士学位论文使用授权书 ( 在口划“ ) 智能远程家电控制及安防系统的研究系本人在曲阜师范大学攻 读博士口硕士口学位期间，在导师指导下完成的博士口硕士。学 位论文。本论文的研究成果归曲阜师范大学所有，本论文的研究内容 不得以其他单位的名义发表。本人完全了解曲阜师范大学关于保存、 使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件 和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权曲阜师范大学，可以 采用影印或其他复制手段保存论文，可以公开发表论文的全部或部分 内容。 作者签名： 导师签名： 日期：) 口9 、多- 7 日期：弘、7 乒从老 ，蟛 丘每 摘要 随着g s m 网络的迅速普及和移动通信技术的飞速发展，短消息业务( s m s ) 作为g s m 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。 针对人们对家居环境智能化和安全化要求的提高，为了使更多的普通家庭 实现对家电进行远程控制以及对居住环境进行实时的监控，防范不安全事故的 发生。本文提出了一种基于g s m 无线通讯网络的智能远程家电控制和安全防范 系统的设计方案，采用t i 公司的m s p 4 3 0 f 1 4 9 作为主控制器，集中管理继电器 家电、门磁传感器、温度传感器、烟雾传感器，并通过s ie m e n s 公司的g s m 模 块( t c 3 5 i ) 和用户进行远程信息交换。继电器作为家电控制的终端，控制家 电的开启和关闭。门磁传感器、温度传感器、烟雾传感器构成了安全防范系统， 保障用户生命和财产的安全。 系统以g s m 网络为信息传输平台，克服了电话远程家电控制系统电话费用 高，控制时间长等缺点。用户可以通过手机远程终端发送短信来操控家中电器 运作，比如，下班前通过手机操控家中电热水器、空调、电饭煲的启动等，提 高了用户时间的利用率。此外安防监控系统可以对室内偷盗、火灾、煤气泄漏 进行实时监控，一旦有上述安全事故发生，系统就会立即通过t c 3 5 i 无线通信 模块发送短消息告知用户，同时自动拨打预设电话进行语音报警，语音预先录 制在i s d 2 5 0 0 芯片中，这为用户控制险情赢得了宝贵的时间。 本文简单介绍了g s m 网络、s m s 技术以及核心器件的选型，并详细阐述了 系统的硬件和软件的实现方法，其中硬件设计包括最小系统模块、家电控制模 块、传感器采集模块、t c 3 5 i 通信模块、语音录制播放模块等，软件设计重点 给出了传感器数据采集的程序设计，最后给出了改进本系统的一些方向。 关键词：m s p 4 3 0 f 14 9 ，安防监控，家电控制，g s m 网络，t c 35 i ， a bs t r a c t w i t ht h er a p i dp o p u l a r i z a t i o no fg s mn e t w o r ka n dt h ef a s td e v e l o p m e n to f m o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，s m sa sab a s i cs e r v i c eo fg s m n e t w o r kh a sb e e n a t t e n t e db ym o r ea n dm o r es y s t e mo p e r a t o ra n dd e v e l o p e r ，a n dk i n d so fa p p l i c a t i o n s b a s e do nt h i ss e r v i c eh a v eb e e nr a p i dd e v e l o p e d f o rt h ep e l p l et oi m p r o v er e q u i r e m e n to ft h el i v i n ge n v i o r m e n t si n t e l l i g e n c e a n ds a f e t y ，i no r d e rt om a k em o r eo r d i n a r yf a m i l i e s t or e a l i z er e m o t ec o n t r o lo f a p p l i a n c e sa sw e l la sr e a l t i m em o n i t o r i n go ft h el i v i n ge n v i r o n m e n t ，a n dp r e v e n t s a f e t ya c c i d e n t s ，t h i sp a p e rp r e s e n t sai n t e l l i g e n tr e m o t ea p p l i a n c ec o n t r o la n ds a f e t y s y s t e m ，sd e s i g ns c h e m ew h i c hb a s e do ng s m w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k t h e s v s t e ma d o p tt e x a si n s t r u m e n t s m s p 4 3 0 f 1 4 9a s t h em a i nc o n t r o l l e r ，c e n t r a l i z e d m a n a g e m e n tr e l a ya p p l i a n c e s ，d o o rm a g n e t i cs e n s o r ，t h et e m p e r a t u r es e n s o r ，s m o k e s e n s o r a n db yt h es i e m e n s g s mm o d u l et c 3 5 it or e m o t e l ye x c h a n g em e s s a g e sw i t h c o n s u m e r s t h em a n a g e m e n tr e l a ya r et a k e na st h ea p p l i a n c e sc o n t r o l lt e r m i n a l st o t u r no no rt u r no f fa p p l i a n c e s d o o rm a g n e t i cs e n s o r ，t h et e m p e r a t u r es e n s o r , s m o k e s e n s o rc o n s t i t u t et h er e m o t ei n t e l l i g e n ts a f e t y m o n i t o rs y s t e m ，a n de n s u r e t h e c o n s u m e r s l i f ea n dp r o p e r t yb es a f e t h es y s t e mt a k ea d v a n t a g eo fg s mn e t w o r k a st h ei n f o r m a t i o nt r a n s p o r t p l a t f 6 r m ，w h i c hs u r m o u n tt h ed i s a d v a n t a g e so ft h er e m o t ew i r et e l e p h o n ec o n t r o l l s y s t e ms u c ha st h eh i g hc o s ta n dt h el o n gt i m eo fc o n t r o l lc o u r s e s ot h ee x p a n s i o n a n du t i l i t yo fo u rd e s i g na r ep o w e f u l l t h es u b s y s t e mc a nb eu s e dt o c o n t r o l lt h e w h o l eh o r s ea p p l i a n c e sw h e nt h ec o n s u m e r sa r en o ta th o m e ，i tc a ng r e a t l yi m p r o v e t h eu n i t i z a t i o no ft i m e t h r o u g ht h er e m o t et e r m i n a lo fm o b i l ep h o n e ，u s e r sc a ns e n d s m st oc o n t r o lt h eo p e r a t i o no fa p p l i a n c e s ，f o ri n s t a n c e ，b e f o r ec o m i n go f fw o r k t h r o u g ht h ep h o n ec o n t r o lo fe l e c t r i cw a t e rh e a t e r ，a i rc o n d i t i o n i n ga n dt h ec o o k e r e t c i tc a ng r e a t l yi m p r o v et h eu n i t i z a t i o no ft i m e i na d d i t i o n ，t h es e c u r i t ym o n i t o r i n g s v s t e r nc a np r o v i d e r e a l t i m em o n i t o rt ot h el i v i n ge n v i r o n m e n t ，i n c l u d i n g t h i e f , f i r e g a sl e a k o n c e o n eo ft h ea b o v es a f e t ya c c i d e n t si sb r e a ko u t ，t h es y s t e m w i l li m m e d i a t e l yp a s st c 3 5 iw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nm o d u l et os e n ds h o r tm e s s a g e s t ou s e r s w h i l ea u t o m a t i c a l l yd i a lt h ed e f a u l tp h o n e t ov o i c ea l a r m ，t h ev o i c e p r e r e c o r d e di nt h ei s d 2 5 0 0c h i p ，w h i c hg i v e st h e u s e rc o n t r o lt h ed a n g e r o u s s i t u a t i o nt ow i np r e c i o u st i m e t h i sp a p e rb r i e f l yi n t r o d u c e dt h eg s mn e t w o r k ，s m st e c h n o l o g ya n dt h ec o r e c o m p o n e n t so ft h es e l e c t i o n ，a n de x p o u n d st h e h a r d w a r ea n ds o f t w a r e o ft h e h s y s t e m t h eh a r d w a r ed e s i g ni n c l u d i n gt h es m a l l e s ts y s t e mm o d u l e ，a p p l i a n c e s c o n t r o lm o d u l e ，s e n s o rm o d u l e ，t c 3 5 ic o m m u n i c a t i o nm o d u l e ，v o i c er e c o r d i n g a n dp l a y b a c km o d u l ee t c s o f t w a r ed e s i g ne m p h a s i sg i v e ns e n s o rd a t aa c q u i s i t i o n p r o g r a m f i n a l l yg i v e ss o m ew a y st oi m p r o v et h i ss y s t e m k e y w o r d s ：m s p 4 3 0 f 1 4 9 ，s a f e t ym o n i t o r ，a p p l i a n c ec o n t r o l ，t c 3 5 i ， g s mn e t w o r k l f 目录 摘要i a b s t r a c t ii 目录i v 第一章绪论1 1 1 课题研究的背景1 1 2 课题研究的目的和意义1 1 3 论文的内容安排2 第二章g s m 系统及s m s 技术3 2 1 无线通信实现方式的选择3 2 2g s m 系统4 2 3s m s 短消息业务5 2 3 1 短消息业务简介5 2 3 2 短消息的编码方式6 2 3 3g s m 规定的a t 指令集8 第三章系统总体概述及器件选型1 o 3 1 系统的总体结构1 o 3 3 系统核心器件选型1 1 3 3 1m c u 的选择1l 3 3 2g s m 无线通信模块15 3 3 3 家电控制器件1 6 3 3 4 传感器器件1 7 3 3 5 语音报警器件2 2 第四章系统硬件设计2 6 4 1 硬件总体设计2 6 4 2 最小系统模块27 4 3 家电控制模块2 9 4 4 传感器采集模块3 0 4 5 液晶显示模块3 l 4 6t c 3 5i 通信模块31 4 6 1 串行接口原理3 1 4 6 2 串行接口设计3 2 4 6 3t c 3 5i 的外围电路3 3 4 6 4t c 3 5i 的调试方法3 4 i v 4 7 语音录制播放模块3 6 4 8p c b 板的制作3 6 第五章系统软件设计3 8 5 1 软件开发环境3 8 5 2 主程序设计及功能3 9 5 2 1 串口中断服务3 9 5 2 2t c 3 5i 模块初始化41 5 3 主循环子程序设计4 2 5 3 1 传感器数据采集程序4 3 5 3 2 短信读取程序设计4 9 第六章结论5 0 6 1 系统总结5 0 6 2 系统展望5 0 参考文献 5 1 致谢5 2 v 第一章绪论 1 1 课题研究的背景 随着经济的发展，人民生活水平不断提高，安全防范意识也逐步增强，人 们开始越来越关心自己的居住环境，不仅要求居住环境的人性化和舒适化，而 且对居住环境的智能化和安全化也提出了更高的要求。“智能家居”这个词离 我们的生活不再遥远。事实上，近年来智能家居已开始走进越来越多的家庭， 如网络家电( 可以通过远程终端来控制家电的运作) 和安全监控系统，其中网 络家电给人们生活带来了便捷，而安全监控系统则提高了家居环境的安全化。 目前已建成的覆盖全国的g s m ( g 1 0 b a ls y s t e mf o rm o b i1 ec o m m u n ic a t i o n s ) 数字移动通信网，是我国公众移动通信的主要方式。g s m 网络在全国范围内实 现了联网和漫游，具有网络能力强的优点，用户不需要另外组建网络，在极大 提高网络覆盖面的同时为用户节省了昂贵的组建和维护网络的费用。而且，该 网络对用户的数量没有限制，克服了传统的专网通信系统投资成本和维护费用 高以及网络监控覆盖面和用户数量有限的缺点。短消息服务s m s ( s h o r t m e s s a g es e r v ic e ) 是g s m 系统提供的一种g s m 终端( 手机) 之间，通过服务中心 ( s e r v ic ec e n t e r ) 进行信息收发的应用服务。它具有传输速度快，费用低等优 点，因此具有实时传输数据功能的短消息服务业务得到了迅速的发展。以g s m 网络作为数据无线传输网络，利用s m s 业务进行无线通信，性能稳定，为远程 数据传输以及监控系统的通信提供了一个强大的支持平台。随着我国手机用户 的不断增多，手机作为一种随身物品，可供开发的潜力是无限的。因此，短消 息业务可以在智能远程控制系统中得到广泛的应用【l j 。 鉴于我国拥有庞大的手机用户群，以及人们对网络家电所带来的便捷与实 用的消费需求和对安全防范的高要求，一旦将传统家电、安防和手机短信领域 融合起来，来实现网络家电和安全监控，是非常具有应用价值和市场前景的。 短消息通信作为一种崭新的通信手段，具有可靠性高、开发方便、费用低和免 维护等优点。因此，我们可以利用普及广泛的手机短消息业务并用廉价的成本 开发家电远程控制及安防系统，来实现一些简单、实用的远程控制功能及安防 功能，以满足人们的日常需要。它可以克服电话远程控制系统电话费用高，控 制延时长等缺点，具有良好的可扩展性和实用价值。因此，相应的研发领域也 应运而生，新技术、新产品层出不穷。 1 2 课题研究的目的和意义 在2 l 世纪，随着人们生活节奏的加快以及对安全防范意识的增强，为了 使更多的普通家庭用户实现对家用电器的远程控制，即通过手机等远程终端操 控家中电器运作，提高时间的利用率。比如，下班前通过手机操控家中空调、 电热水器、电饭煲的启动等。以及实现对居住环境的实时监控，防范一系列不 安全因素，如入室盗窃、火灾、煤气泄漏等。因此，设计一个基于g s m 网络的 实用性强、价格低廉、能被广大普通家庭所接受的智能远程家电控制和安防系 统是很有必要的，这可极大地提高人们的生活质量。 随着人们文化水平的不断提高，掌握这样一个实用、简单的系统，是人们 可以接受的。因此，设计这样的一个系统，不仅可以为普通家庭带来方便，还 可以实时监控用户居住的环境，以避免灾难发生时所带来的重大经济损失和人 员伤亡，体现了人性化的要求。此外，该设计还具有很强的扩展性，稍加修改 就可以实现不同的功能，可以用于工厂控制工业设备并监控生产安全或用于大 型仓库来监控物品的安全。因此，集远程家电控制和安全防范于一体的系统是 非常具有应用价值和市场前景的。 1 3 论文的内容安排 基于以上设计背景以及设计目的、意义的论述，本文各章节主要讨论的内 容如下： ( 1 ) 论述了智能远程家电控制及安全防范系统设计的背景和现实意义。 ( 2 ) 对各种无线通信方式进行比较，选择g s m 系统的s m s 业务作为本设 计的开发平台，然后介绍了g s m 系统的结构，对短消息的p d u 编码进行分析并 给出相关的a t 指令。 ( 3 ) 完成了基于g s m 网络的智能远程监控系统的总体方案设计，并对系 统整合的各模块器件作了特点及优势的分析，包括主控芯片m s p 4 3 0 f 1 4 9 、数字 式智能温度传感器d s l 8 8 2 0 和g s m 无线通信模块t c 3 5 i 、语音芯片i s d 2 5 0 0 等。 ( 4 ) 利用p r o t e l9 9 s e 绘图软件对系统各模块的硬件原理图进行设计， 包括最小系统模块电路、无线通信模块t c 3 5 i 外围电路、语音芯片i s d 2 5 0 0 外 围电路等，并给出了实现方法。最后给出系统主电路板的p c b 图，并简要介绍 了p c b 制板的原则。 ( 5 ) 在e m b e d d e dw o r k b e n c hf o rm s p 4 3 0 软件开发环境下，采用结构化 程序设计方法，对各模块程序进行独立设计，便于程序代码的维护、调试和移 植。对主程序、中断程序、t c 3 5 i 模块初始化作了介绍，重点讲述了循环子程 序中的传感器数据采集模块的程序设计。 ( 6 ) 对本课题进行总结，另外给出了本课题后续研究的一些方向。 2 第二章g sm 系统及s m s 技术 2 1 无线通信实现方式的选择 无线通信的实现有许多现成的通信系统和产品可以应用，其中常用的实现 方式包括：通过现有的通信网络( g s m g p r s ，c d m a 移动网络等) 以及相应的无线 通信产品；通过无线收发设备，如无线调制解调器( l o d e m ) ，无线网桥( b r i d g e ) 等专用的无线局域网络【2 】。 现有的通信网络很多，在设计无线远程监控系统时可以利用以下无线网 络：全球移动通讯系统( g s m ) 、通用分组无线服务技术( g p r s ) 、采用码分多址 ( c d m a ) 技术的移动网、蜂窝数字式分组数据交换网络( c d p d ) 等。下面分别介绍 一下这几种无线网络： ( 1 ) g s m ( g i o b a ls y s t e mf o rm o b ilec o m m u n ic a t i o n s ) 是目前应用最为广 泛的移动电话标准。对于用户来说，它的主要优势在于提供了更高的数字语音 质量以及替代呼叫的、低成本的新选择( 比如短信) ；对于网络运营商来说， 它的优势是能够使用来自不同厂商的设备，因为g s m 作为开放标准提供了更容 易的互操作性；对于自身业务来说，g s m 在其低服务成本、低终端成本的优势 下提供了较高的通信质量以及多种其它业务，是一个综合业务数字网络。 ( 2 ) g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i 0s e r v i c e ) 是在现有g s m 系统上发展出来 的一种新的承载业务，g s m 系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动，只需作 软件升级。它采用分组交换技术和i p 数据网络协议，为用户提供了分组形式 的数据业务，且提高了g s m 系统的数据业务传输速率，传输速率高达17 0 k b s 。 此外，它还具有永远在线、按数据流量收费的特点。 ( 3 ) c d m a ( c o d ed i v is io nm u l t i p l ea c c e ss ) 网络利用展频通讯技术、多种 分集方式、话音激活技术和扇区化技术，使其系统具有容量大、抗干扰能力强、 通话质量清晰等优点。 ( 4 ) c d p d ( c e l1 u l a rd ig i t a lp a c k e td a t a ) 网络是基于现有蜂窝电话网的 以数字分组技术为基础、以蜂窝移动通信为组网方式的移动无线数据通信技 术。它是基于t c p i p 的开放式系统，可以方便的接入i n t e r n e t 。此外，还支 持o s i 标准协议无连接网络协议c l n p ( c o n n e c t io nl e s sn e t w o r kp r o t o c 0 1 ) 。 c d p d 网络可与有线数据网络互联互通，适于传输实时、突发的数据。具有传输 速度快、数据安全性高等优点1 3 。 对于某一具体的无线网络，需要用与其相对应的接入设备，都有现成的产 品可供选择。其中接入g s m g p r s 网络的通信模块可用西门子的t c 3 5 i 模块， 接入c d m a 网络的通信模块可用华立的h 1 1 0 模块。本课题主要实现对家用电器 及家庭安全防范的远程监控，具有传输数据量小、通信简单可靠和对传输速度 要求不高的特点。鉴于使用g s m 网络的短消息业务不用考虑通信信道的可靠性、 通讯距离等因素，为远程监控通信提供了一个强大的支持平台，可以满足本课 题的设计要求。 2 2g s m 系统 g s m 系统有三个子系统组成，即操作支持子系统( o s s ) 、基站子系统( b s s ) 和网络子系统( n s s ) 。其中，基站子系统b s s 通过无线接口直接与移动台m s 连 接，负责无线收发和资源的管理。网络子系统n s s 是整个系统的核心，实现了 g s m 移动用户之间以及与其它通信网用户之间的通信。其中包括呼叫处理、通 信管理、记费处理等。其结构如图2 - 1 所示【4 】。 由 0 啜操作支持子系统b 鼹基站予系统爝网路子系统 黼网路管理中心+ 球愿数据后处理系统漱安全性管理中心 i ，噶用户识别卡个人化中心o 岱操作维护中心m 昭移动业务交援中心 、1 r 来访用户位置寄存嚣h 晁i 胃属用户位置寄存嚣肛鉴投中心 一一。_ _ _ - - _ - 。o 。 ，。 e i r 移动设备识别寄存器b s g 基站控雠器班弓基站收发信台 涮公用数据网 掩移动台 刖公用电话同 l 飘n 综合业务数字闷 图2 1f l s n 系统结构 下面介绍g s m 系统的各子系统： ( 1 ) 移动台( m s ) 移动台是用户直接使用，完成移动通讯的设备。具备了个人化的特点，即 具有用户私人信息的s i m 卡与通信的物理实现了设备的分离。 ( 2 ) 基站子系统( b s s ) 基站子系统包括基站控制器( b s c ) 和基站收发台( b t s ) 。其中b s c 是控制部 件，实现接口管理、b t s - b s c 之间的地面信道管理、无线参数及无线资源管理、 4 测量和统计、切换、支持呼叫控制、操作与维护等功能。b t s 受控于b s c ，属 于b s s 的无线部分，服务于某小区的无线收发信设备，实现b t s 与m s 空中接 口的功能。b t s 主要分为基带单元、载频单元和控制单元三部分。其中基带单 元主要用于话音和数据速率适配以及信道编码，载频单元主要用于调制解调 与发射机接收机间的耦合，控制单元则用于b t s 的操作与维护。 ( 3 ) 网络子系统( n s s ) 网络子系统包括移动业务交换中心( m s c ) 、访问用户位置寄存器( v l r ) 、归 属用户位置寄存器( h l r ) 、鉴权中心( a u c ) 、移动设备识别寄存器( e i r ) 。其中 m s c 是整个网络的核心，完成或参与n s s 的全部功能，协调和控制整个g s m 网 络中b s s 和o s s 的各个功能实体。v l r 服务于控制域内移动用户，存储己登记 用户的相关信息并为其提供建立呼叫连接的必要条件。一旦用户离开该v l r 的 控制域，将取消v l r 中此用户的数据。h l r 主要用来存储登记归属用户的档案、 位置信息以及当前的v l r 地址。a u c 存储着鉴权信息和加密密钥，防止无权用 户接入系统和防止无线接口中数据被窃。e i r 用来存储移动设备的国际移动设 备识别码( i m e i ) 。 ( 4 ) 操作支持子系统( o s s ) 操作支持子系统主要包括网络管理中心( n m c ) 、安全性管理中心( s e m c ) 、 集中计费管理的数据处理系统( d p p s ) 、用户识别卡个人化管理中心( p s c ) 等。 使用g s m 系统具有以下优点： g s m 系统在全国范围内实现了联网和漫游，网络能力强。 g s m 系统对用户的数量没有限制。 g s m 系统没有同频干扰，抗干扰能力强，通信速率高，覆盖区域内的通信质 量高。 g s m 系统中短消息业务的费用低，每条短信只需0 1 元，可发送多达1 4 0 个 字节的信息。 2 3s m s 短消息业务 2 3 1 短消息业务简介 短信息业务( s m s ，s h o r tm e s s a g es e r v ic e ) 是g s m 系统提供的通过服务中 心( s e r v i c ec e n t e r ) 的存储和转发功能，在终端( 手机等) 之间进行一定长度的 文本信息收发的应用服务。由于采用存储转发方式，其承载通道为控制信令通 道，故信息容量不大，一条短消息最多包含1 4 0 个字节( 16 0 个字符或7 0 个汉 字) 【5 1 。 初期短息业务属移动数据基本业务，而后利用短信的承载信道开展了信息 点播、订阅等业务，开创了移动数据增值业务。短消息业务可分为小区广播业 务( c b s ，c e l1b r o a d c a s ts e r v ic e ) 和点到点业务( p p s ，p o i n tt op o in ts e r v i c e ) 两类业务，下面仅介绍下点对点短消息业务。 点到点短消息业务，在移动台空闲期间使用g s m 网络的无线独立专用信道 ( s d c c h ) ；在通话期间使用慢速伴随信道( s a c c h ) 来收发短信息，故在移动台空 闲或通话期间均可收发短信息。与无线寻呼业务相比，点到点短消息业务具有 以下优点： ( 1 ) 短消息的传送采用存储转发方式，即短消息发出后，不直接发送给 接收方，而是先存储在短消息服务中心( s m s c ，s h o r tm e s s a g es e r v ic ec e n t e r ) ， 然后再由s m s c 转发给接收方。m s 无论在归属区还是在漫游时，均可收发短信 息，即使m s 关机、不在服务区或s i m 卡存储器短信溢出时，短消息服务中心 的数据库自动保存发往该m s 的短信息( 一般不超过三天) ，在m s 有效时，再 发送出去。 ( 2 ) 支持双向信息的传送，即可收发短消息。 ( 3 ) 在发送短信息后，发送方可以收到一条确认通知，返回传送成功或 失败的消息。 ( 4 ) 可以与无线寻呼一样由话务员代发文本短消息。 短消息业务网络由短消息实体( s m e ) 、短消息业务中心( s m s c ) 、s m s g m s c 和s m s - i w m s c 构成。其中，收送短消息的实体有移动用户、固网用户、信息点 播平台、语音信箱和i n t e r n e t 等，固网用户可通过人工台( 1 2 5 8 ) 或自动台 ( 12 5 9 ) 完成短消息的收发。每个m s 均归属于某个s m s c ，由s m s c 负责存储和 转发发往其归属m s 的短信息。s m s - g m s c 和s m s - i w m s c 是具有短消息功能的移 动交换中心( m s c ) ，其中，s m s - g m s c 是接收发自s m s c 短消息的入口交换机； s m s - i w m s c 是一个能够接收来自p l m n 的短消息，并将此短消息送到相应s m s c 的出口交换机。 g s m 用户要想使用短消息业务，需要在m s 中设置其归属的短消息业务中心 的号码，s m s c 编号服从p l m n 编号计划e 1 6 0 。例如，中国移动s m s c 的号码为 + 8 6 13 8 0 0 a b c 5 0 0 ，其中a b c 相当于移动用户所在本地的长途区号，则北京地区 的s m s c 号码就为+ 8 6 1 3 8 0 0 1 0 0 5 0 0 。 2 3 2 短消息的编码方式 短消息收发有关的规范主要包括g s m0 3 3 8 、g s m0 3 4 0 和g s m0 7 0 5 。前 二者着重描述s m s 的技术实现( 含编码方式) ，后者则规定了s m s 的d t e d c e 接 口标准( a t 命令集) 【6 1 。 短消息的编码方式主要有b l o c km o d e 、t e x tm o d e 和p d um o d e 三种模式。 6 b 1o c km o d e 现在已经很少用了。t e x tm o d e 是纯文本方式，可使用不同的字符 集，在欧美地区可用于发送中文短信息，但国内手机基本上不支持。t e x tm o d e 的短消息收发实现比较简单，其过程由初始化g s m 模块、发送文本短消息和接 收短消息三部分组成。在收发英文短消息时，短消息可以直接发送( 对方手机 号+ s m s 内容) ，而不需要进行编码。p d um o d e ( p r o t o c o ld a t au n i t ，协议数据 单元) 被所有手机支持，可以使用任何字符集，也是手机短息默认的编码方式。 p d um o d e 收发短消息可以采用3 种编码：7 - b i t 、8 - b it 和u c s 2 编码。其中， 7 - b it 编码用于发送普通的a s c ii 字符；8 - bi t 编码用于发送数据消息，比如 图片和铃声等；而u c s 2 编码用于发送u n ic o d e 字符。 下面介绍一下在p d um o d e 下收发短消息的实现方法。 p d u 串看上去是一串a s c i i 码，由数字0 - 9 和字母a - f 组成。实际上是8 位字节的十六进制数，或者是b c d 码十进制数，除了包含可显示的消息本身以 外，还包含很多其它信息，如s m s 服务中心号码、目标号码、回复号码、编码 方式和服务时间等。在发送和接收短消息时，p d u 串的结构是不完全相同的。 下面通过两个实例来说明下p d u 串的结构和编排方式。 实例1 、发送消息“h e l 101 到号码是l3 8 5 18 7 2 4 6 8 的手机，其中s m s c 号码是+ 8 6 13 8 0 0 2 5 0 5 0 0 ，则从手机发出的p d u 串是：0 89 16 8310 82 00 50 5 f ol10 00 d9 16 83 15 88 12 76 4 f 8 0 0 0 0 0 0 0 6 c 83 2 9 bf d o e0 1 ， 对照编码规范，具体分析如表2 1 ： 表2 1 发送p d u 串分析表 分段 含义；说明 0 8s m s c 地址信息的长度 共8 个八位字节( 包括9 1 ) 9 1 s m s c 地址格式( t o n n p i ) ；用国际格式号码( 在前面加+ ) 6 83 10 82 00 50 5f 0s m s c 地址；8 6 1 3 8 0 0 2 5 0 5 0 0 ，补f 凑成偶数个 1 1 基本参数( t p - m t i v f p ) 发送，t p - v p 用相对格式 0 0 消息基准值( t p - m r ) 0 0 d 目标地址数字个数共1 3 个十进制数( 不包括9 1 和f ) 9 1 目标地址格式( t o n n p i )用国际格式号码( 在前面加+ ) 6 83 15 88 12 76 4f 8目标j 雌( t p - d a )：8 6 1 3 8 5 1 8 7 2 4 6 8 ，补f 凑成偶数个 0 0 协议标识( t p p i d )! 是普通g s m 类型，点到点方式 0 0 用户信息编码方式( t p d c s )7 一b i t 编码 1 0 0 有效期( t p v p ) 5 分钟 0 6 用户信息长度( t p u d l ) 实际长度6 个字节 c 83 29 bf d0 e0 1 用户信息( t p - u d ) 。h e o ! 。 7 实例2 、从号码是l3 8 5 1 8 7 2 4 6 8 的手机接收消息“你好! ，其中s m s c 号 码是+ 8 6 1 3 8 0 0 2 5 0 5 0 0 ，则手机接收到的p d u 串是：0 89 16 83 l0 82 00 50 5f o 8 40 d9 16 83 15 88 12 7 6 4 f 80 0 0 83 0 3 02 18 0 6 3 5 4 8 00 64 f 6 0 5 9 7 do o2 1 ，对照编码规范，具体分析如表2 2 ： 表2 2 接收p d u 串分析表 分段含义说明 0 8 地址信息的长度个八位字节( 包括9 1 ) 9 1 s m s c 地址格式( t o n n p i )用国际格式号码( 在前面加+ ) 1 6 83 10 82 00 50 5f 0s m s c 地址 8 6 1 3 8 0 0 2 5 0 5 0 0 ，补f 凑成偶数个 8 4 基本参数( t p m t i m m s r p )接收，无更多消息，有回复地址 o d 同复地址数字个数共1 3 个十进制数( 不包括9 1 和f ) 9 1 回复地址格式( t o n n p i )用国际格式号码( 在前面加+ ) 6 83 15 88 12 76 4f 8州复地址( t p r a ) 8 6 1 3 8 5 1 8 7 2 4 6 8 ，补f 凑成偶数个 ：0 0协议标识( t p p i d )是普通g s m 类型，点到点方式 1 0 8 用户信息编码方式( t p d c s ) ：u c s 2 编码 3 03 02 18 06 35 48 0时间戳( t p s c t s )2 0 0 3 3 120 8 ：3 6 ：4 5 + 8 时区 0 6 用户信息长度( t p - u d l ) 实际长度6 个字节 4 f6 05 97 d0 02 1 用户信息( t p u d ) 。你好! ” 2 3 3g s m 规定的a t 指令集 a t 指令集是从终端设备向终端适配器发送的。通过终端适配器，终端设备 发送a t 指令来控制移动台的功能，与g s m 网络业务进行交互。用户可以通过 a t 指令进行呼叫、短信、数据业务、电话本、传真等方面的控制。9 0 年代初， a t 指令仅被用于m o d e m 操作，没有控制移动电话文本消息的功能，只开发了一 种叫s m sb l o c km o d e 的协议，通过终端设备来完全控制s m s 。几年后，由诺基 亚、爱立信、摩托罗拉和h p 等主要的移动电话生产厂商共同为g s m 研制了一 整套a t 指令，包括对s m s 的控制，并符合g s m 0 7 0 5 和g s m 0 7 0 7 规范。g s m 0 7 0 5 对短消息作了详细的规定；而g s m 0 7 0 7 对a tc o m m a n d 接口作了定义，提供了 一种终端设备与移动平台之间的通用接口。 g s m 模块t c 3 5 i 支持p d um o d e 短消息的收发，提供的命令接口符合 g s m 0 7 0 5 和g s m 0 7 0 7 规范。通过a t 指令与单片机进行通信。本设计主要用的 是短消息命令，对g s m 中的短消息业务进行操作。下面给出与s m s 相关的主要 指令如表2 3 【7 】： 8 表2 3 与s m s 相关的主要指令 a t 指令功能 a t + ip r 设置t c 3 5 i 模块和单片机的通信波特率 a t + c s c al 设置短消息中心号码 a t + c m g f| 设置短消息发送格式，0 p d u ；1 文本 a t + c m g s 发送短消息指令 厂鬲泛雨而一腰吾瓦籀i 面西百蘅 a t + c m g r | 读短消息指令 a t + c m g d删除s i m 卡内存的短消息 a t + c p m s选择短消息内存 a t + c m g l列出s i m 卡中的短消息 a t + c m g w向s i m 内存中写入待发的短消息 a t + c s c b选择蜂窝广播消息 a t + c s m p设置短消息文本模式参数 9 第三章系统总体概述及器件选型 3 1 系统的总体结构 本系统采用t e x a si n s t r u m e n t s 公司的低功耗单片机m s p 4 3 0 f 1 4 9 作为控制 单元，整合了一些外围模块，完成了远程家电控制、防盗、火灾报警和煤气泄