（通信与信息系统专业论文）基于gsm汽车防盗通信系统设计与实现.pdf

中文摘要 随着我国社会国民经济的大发展，我国汽车的保有量逐年递增，车辆被盗的 案件也逐年上升，原先普遍采用的老式机械锁型的防盗器已不能满足现今社会的 需要，随着科学技术的发展，特别是电子技术和网络通信技术的发展，汽车防盗系 统也设计的越爿抛先进，更科学更人性化的防盗系统是解决当今社会汽车防盗问 题的重要手段。本设计足为了解决传统汽车防盗系统模式的缺点和不足，从而应 用新的电子通信技术而设计的一种新型的汽车防盗报警系统。 该系统解决了传统物理型防盗器的被动防盗方式，集成了先进的g s m 通信 系统模块，利用s m s ( 短消息业务) 采用向车主收发短信的实现了与用户问的双 向交流。互动式，主动型的报警模式，该模块的结构简洁，集成度高经济性高， 可靠性和安全性十分稳定。 本系统基于g s m ( 全球移动通信系统) 无线通信网络而设计。阐述了该原 理下汽车防盗报警系统的组成及系统实现的功能，研究了g s m 通信系统在汽车 防盗技术中的应用现状，提出了用单片机a t 8 9 s 5 2 ，超声波传感器，t c 3 5 i 通信模块 组成的防盗系统的解决方案本文着重论述了基于单片机控制t c 3 5 i 通信模块的 原理及电路实现，完成了对系统的整体设计，硬件电路设计及该系统通信模块的 软件调试并对该系统应用中的不足及发展方向作出了分析和展望。 关键词：汽车防盗超声波传感器全球移动通信系统短消息业务 a b s t r a c t a l o n gw i mm ee c o n o m yd e v e l o p m e n to fn a t i o n a l ，t h ep e 璐o n a l c a r sn u m b e r g r o w m gq u i c k l y v e h i c l et h e rc 嬲eh 鹊i n c r c 船e dy e a rb yy e a r o r i g i n a l l ya d o p t e d w i d e l yo l dm e c h 强i c a ll o c k 帅ea l a m sa l r e a d yc 姗o ts a t i s 匆也e 鹏e d so fm o d e m c i e 咄w i mt h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c e 弛dt e c h n o l o g y e s p c c i a l l y 也ee l e c t r o n i c t h n o l o g ya n d 玳1 w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t ，t h e a u t o m o b i i e g u a r da g a i l l s tt i l e f ts y s t e ma i d e s i g ni sm o r e 舭d m 0 他a d v a n c c d m 0 他s c i e n t i 觚d m o r ch u m 跹i z e d 强t i 也e rs y s t c mi st 0s o l v et h cc u r 豫n t c i e t ya u t 0s e c u r i t yp r o b l 锄 t t l i sd e s i g ni s 趾i n l p o r t 锄tm e a 鸺t os o l v et r a d i t i o n a l 肌t o m o b i l eg u a r da g a i 璐tt h e f t s y s t 咄m o d e l0 ft h es h o r t c o m i i l g s 锄dt h ei i l 跚m c i e n c y a n da p p l i c a t i o no f w e l n 0 n i cc o m m u n i c a t i o mt e c h n o l o g ya n dd e s i g nan e w 卯eo fc a ra n t i - 也e ra l 锄 s y s t e m t m ss y s t e mc 趾l v et h e 缸a d i t i o n a lp h y s i c a lm o d e lo fp 弱s i v eb u 培l a ra l 鲫吣 w a y i i l t e 鲫t c st i 圮a d v 锄c c dg s mc o n u n u j l i c a t i o nm o d u l e ，吣i i l gs m s ( s h o r t m e 豁a g es e r v i c e ) t 0t l l eo w n e rb yt l l e 哪eo ft 弧tm 鹤s a g e sb e t 、) i r e u s e 搭l l i e v e d w i t ht h et w o w a yc o m m u n i c a t i o n i n t e m c t i v e ，t i v ea l 甜mm o d e l ，t h i sm o d u l e s n 佻t u r c ，l l i g he m c i c n c y “g hi n t c g r a t i o ni sc o n c i s e ，托l i a b i l i t ) ，眦ds a f c 够i sv e 秽 s t a b l e t t l i ss y s t 锄b 嬲e d0 ng s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ) w l e s s c o 衄u n i c a t i o nn e m o r k 龃dd e s i 弘a 旭d i s c u s s c d t h ep 血c i p l eo fc 盯觚t i 也e f t a l 珊s y s t e mm l d e rt h ec o m p o s i t i o n 锄df h n c t i o no ft h er e a l 娩a t i o no f t h es y s t e m ， s t u d i 懿t h eg s mc o m m u n i c a t i o ns y s t e mm 肌t os e c u r i t ) ，t e c h n o i o g ya p p l i c a t i o ns t a t u s ， t l i ea u t h o rp u t sf 0 刑a r dam o n o l i t h i ci n t e g r a t e dc u i ta t 8 9 s 5 2 ，u l t i 镯o n i cs e n s o r s ， t c 3 5 ic 0 m m u i i i c a t i o nm o d u l eo fg u a r da g a h l s tt l l e rs y s t e ms o l u t i o n s t h i sp a p e r f o c u s e so nt h et c 3 5 ic o m m u n i c a t i o nm o d u l eb a s e do ns i n g l e - c h i pm i c r o c o m p u t e r c o n 们lp 曲c i p l e 明dc h u i th p l e m e n t a t i o n ，c o m p l e t i o no fm es y s t e mo ft h e0 v e r a l l d e s i g n ，h 砌w 撇c i r c u i td e s i g n 锄dt h es y s t e mc o 姗u n i c a t i o nm o d u l es o 脚哪 d e b u g g i i l g 髓dt h e 印p l i c a t i o no ft h j ss y s t e ms h o n f a l ii nt l l ed c v e l o p i n gd i r e c t i o n 弧d m a d ea n a l y s i sa n dp r o s p e c t s k e yw o r d sla u t o m o b i i es e c u r i 哆s y 8 t e 峨u l n a m cs e n 瑙，g s m ，s m s 第一章绪论 1 1 选题背景 第一章绪论 随着国民经济的迅速发展，汽车逐渐成为人们生活中越来越重要的交通工具， 但随着汽车数量的增加，和档次的提高，相应的汽车被盗问题也日益成为社会上 的重点犯罪问题同时，我国的现有机动车停车问题也是亟待解决，现有的停车场 车位数量远远不能满足当今的需求量。无论白天还是晚上，汽车停在路边的现象 屡见不鲜，这也增加了汽车被盗的风险。人们越发关注自己的轿车安全及其财产 安全，随着这一方面越来越受到人们的重视，汽车防盗问题的解决已逐渐演变成 为一种市场经济的需求；同时盗车贼采用新的手段和新的技术也在不断发展，这 给汽车防盗增加了新的难题也同样给技术人员提出了新的课题，传统意义上的汽 车防盗模式已经很难去适应人们对防盗系统发展的要求，因而，利用新的电子技 术和网络技术进行车辆防控是汽车防盗系统发展的新方向。 1 2 车用防盗系统发展概况 几乎伴随着汽车走进家庭的同时，车辆被盗的问题也自然而然的产生，无论 是发达国家还是发展中国家，车辆盗窃现象是屡见不鲜，人们也在不断用新的设 想，新的技术去改善随着不断提i 岛的盗车技术水平而完善的防盗系统，从车辆防 盗技术发展的历史情况来看，主要经历了三个发展阶段。 第一个阶段是物理式防盗器阶段，这一阶段防盗手段采用的是物理防盗器 件，即防盗锁，这也是最早出现的简易防盗设备。它的工作原理主要是通过对设 备上锁，包括对离合器的锁定、对制动器的锁定、或是对方向盘、变速档杆的锁 定，进而来达到防盗的目的，其设备工作原理就是一种机械锁具的工作原理，靠 对车辆机械部件加锁达到车辆的锁定。可以看出，该设备只有防盗功能没有报警 功能。但是优点是价格低，操作简易，可以在一定程度上减少汽车被盗的几率， 但往往该设备较庞大，需要反复拆装，比较简易。 第二个阶段是电子型防盗器阶段，这一阶段的设备是为了克服物理式防盗器 不能发出声光报警信号的缺点，电子式报警防盗器应运而生。电子式防盗装置 从控制功能上也可以看作是微处理器式控制方式，主要有插片型、遥控型 第一章绪论 和按键型等多个种类。这种防盗设备是通过电子芯片控制器控制着汽车的 工作状态，如汽车的点火装置，汽车的制动设备，汽车的油门开关，当整 个防盗系统工作之后，如果再有非正常的移动汽车、打开车门、打开油箱 门或引擎盖、后备箱盖时或足接通了点火线路时，会有信号传递给处理器， 微控制器立刻发出报警信号，即立即发出警铃报警，同时有醒目的灯光闪 动，另一方面，会自动切断汽车的电路、油路系统，使汽车处于完全锁定 状态。这种防盗设备安装隐蔽，操作简便，稳定，不用反复拆装，性价比较i 苛。 但是不能第一时间主动向车主送出报警信息，也就没有对车辆监控的作用。 第三个发展阶段是网络型防盗系统。这是近年来发展比较迅速和流行的汽车 防盗手段，是基于电子技术和通信网络技术结合的高科技复合型防盗系统，更安全， 更可靠，更人性化。它利用无距离限制的移动通信网络，从根本上解决了普通 防盗器无法解决的防盗信息传输距离限制。该系统除了具有上述两种防盗 器的基本功能外，一般还具有能通过手机监控、g p s 定位、远程监控、远 程报警等功能。因为手机的普及率和移动通信网技术的成熟，网络型防盗 器也更具有市场效益和实用意义。 网络型防盗系统从功能上主要分为两种，一种是通过g p s 系统对车辆 位置进行定位防盗控制，它是通过全球定位卫星定位汽车位置的防盗系统， 从功能上看，它不仅可以传送报警信息，还可以将报警车辆所在的位置( 精 确到经度和纬度) 传送给1 1 0 报警中心或是车主个人，但缺点是g p s 技术成 本i 岛，防盗器接收信号终端设计较为复杂，且在g p s 信号覆盖区域内才能 监控，容易丢失卫星信号，是现今防盗系统的较高端产品也是防盗器的发展 趋势，价格也比较高。另一种是基于g s m 无线通讯网的汽车防盗系统，它是 依托覆盖率极高且网络服务日趋完善稳定的g s m 通讯网络，利用g s m 无 线通讯网络的s m s 业务能够达到人车互动式的主动防盗模式，车主能对车 辆进行远距离监控状态，使车主对车辆的安全状态时时了解，可靠方便，依 托g s m 移动通讯网络服务，结合数字通信技术、达到对车辆进行远程监控 控制，远程报警等功能。 综上所述，本设计采用了基于g s m 无线通信模块组成的汽车防盗报警系 统，性价比高，安全可靠。 1 3g s m 防盗通信系统简介 该系统利用g s m 无线通讯网络实现对汽车进行无距离限制的监控方 式，一旦系统检测到车辆有盗抢行为，能够瞬时作出报警判断，立刻向车 2 第一章绪论 主送出短信息或着语音报警信息，同时也能自动向报警中心拨打报警电话， 车主能够立即通过短信息或来电对车辆进行监控、也可以对报警器进行远 程控制，使锁定车辆机械部件，一旦确认报警状态，系统将会自动切断油 路、电路，使车子处于锁定状态，这种防盗系统从以往的被动防盗变为主 动防盗，g s m 防盗系统与g p s 防盗系统相比，由于g s m 模块价格低廉，所 以该通信系统成本低、性价比高，也解决了g p s 网络信号覆盖不全面等不 足，而且除了需要支付正常的通信流量费用外不需要支付其他多余费用， 这也使之成为现今社会上比较主流的车载防盗系统。 g s m 通信系统中的短消息( s m s ) 业务是现今比较成熟的无线通讯业 务，通过g s m 模块，利用s m s 业务可以最为方便的实现报警信息的传达， 而且安全可靠，车主可以通过短信息回拨控制报警器的状态，包括开机， 关机，复位，车辆设防等互动功能。 1 4 系统设计总体框架 本文设计的防盗系统总体上看分为两大部分： 第一部分是状态信息采集系统，这一部分主要采用超声波传感器加上外围电 路实现，传感器采集汽车状态信息数据送给主控机完成处理，主控机采用 a t 8 9 s 5 2 单片机，之间的信号传递通过单片机的l o 口传送。 第二部分是远程通信系统主要采用了g s m 无线通信模块( 西门子t c 3 5 i ) 、 手机s i m 卡实现。主控机负责接受传感器的报警信号向继电器和报警蜂鸣器发 出动作控制命令。主控机和g s mm o d e m 之间通过r s 2 3 2 串口进行串口通信， 当接到传感器的报警信号后可以通过单片机利用a t 指令控制g s m 模块向预先 设定好的电话号码发送短信息或者直接拨打语音电话。 系统的继电器控制部分是在主控机得到报警信号的控制下执行锁死车门，切 断电路、油路等保护动作，蜂呜器发出报警声音。这一部分电路是通过单片机的 i o 口外加驱动电路构成。 1 5 本文设计完成的任务 本论文研究了在g s m 通讯网络的基木结构与原理，特别是该环境下的s m s 业务的应用方法，主要做了以下几方面的工作。 1 完成了车载报警器的整个系统的硬件设计，这里主要分析了超声波传感器 的工作原理，传感器与单片机信号传输的过程，论述了主控机和g s m 模块串口通 第一章绪论 信的工作方式，重点设计了基于西门子t c 3 5 i 远程通信报警子系统，具备向客户端 手机发短信报警的功能。设计了单片机驱动继电器和报警装置电路。 2 完成了对应硬件电路的软件语言设计，包括报警系统主程序，传感器采 集信号子程序，单片机控制g s m 收发短信息子程序。 3 完成了通信模块的软件调试，利用计算机和串口调试工具进行了短信息 收发调试，也进行了程序的编译，下装到主控机n 嬲h 中，利用单片机控制g s m 模块进行短信息发送的调试。 4 第：章g s m 通信系统原理 2 1g s m 网络简介 第二章g s m 通信系统原理 g s m 含义是：g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o 舢u i l i c a t i o n s ，即“全球移动通讯 系统”，也就是我们平时说的”全球通”英文缩写，这种网络技术是最早由于欧洲 移动通信协会提出的协议标准，是移动通信技术中属于第二代移动通信技术，其 基本的开发意义是能够设计出一个公共的移动电话网络协议标准，在全世界各个 地方都能通用，用户到世界各地不用更换手机就能应用当地的移动通信业务，也 就是全球兼容的移动通信协议。在现阶段，g s m 系统的频率有9 0 0 m h z 、 1 8 0 0 m h z 及1 9 0 0m h z 等几个频率段。g s m 系统区别于其他移动通信系统的 几大特点有：通话线路质量高，不易受到其他频率信号干扰，系统工作稳 定，通信网络出口容量大，提供丰富的号码资源，信号覆盖率极高，基本 做到有基站无死角，接收功耗小，防通信窃听能力强，采用较新技术的编 码调制技术，如信道的交织，信道的编码，采用新的语音编码规则，能够 提高整个系统的频谱利用率，增加了信道的传输带宽，近而改善了整个系 统的频谱复用载噪比，达到9 个d b 的增益。在安全性的技术中，采用了鉴 权和加密技术，同时使用t m s i ( t c m p o m 眄m o b i l es u b s c r i b 盯i d e n t i t ) r ) 即临 时识别码，达到对用户的通信保密安全作用。鉴权技术是指用户接入网络 时，a u c 鉴权中心要对用户进行权力鉴别，是否有权力登入网络；加密技 术是指用户通过鉴权登陆后，由s i m 卡信息和网络a u c 进行客户信息加密 算法，最后重新分配一个t m s i ，t m s i 是由网络赋给用户的一个指定的临 时识别号码，用于防止用户的地理位置信息泄露，或被人跟踪。由于采用 了同一标准协议，g s m 可以实现漫游功能，用户可以自动进入该地区的 g s m 网络服务。 2 2g s m 通信网络组成 2 2 1g s m 系统组成 g s m 系统被分成三个子系统如图2 1 所示：包括1 ) i ) 9 络交换子系统( n e 伽o r k s w i t c h i n gs u b s y s t e mn s s ) ；基站子系统( b a s es t a t i o ns u b s y s t 啪b s s ) ；网络管 第二章g s m 通信系统原理 理子系统( n e t w o r km 舭a g e m e n ts u b s y 8 t e mn m s ) ，网络管理子系统( n m s ) 又 叫操作与维护中心( o m c o p e 豫t i o n & m a i n t e n a n c ec e n t e r ) 【l 】。 网络子系统n s s 是整个g s m 系统的核心。它对g s m 移动用户之间及移动 用户与其它通信网用户之间通信起着交换连接与管理的功能。基站子系统b s s 是g s m 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 接与移动台相连负责无线信息的发送接收，无线资源管理及功率控制等，同时它 与n s s 相连实现移动用户间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接，传送 系统信息和用户信息等。网络管理子系统n m s 负责n s s 和b s s 系统的维护管 理工作。 ” 2 2 2 子系统功能简述 图2 1g s m 网络组成框图 网络交换子系统( n s s ) 包含以下几个功能系统【1 1 ，t m s c ：t m s c 即t m s i t m s c ，是专门用于转接话务的移动交换中心。g m s c ：g m s c 即g a t e w a ym s c ， 又称网关移动交换中心，主要用于和其它电信运营商设备的互联互通( 包括移 动运营商内部用于不同业务的互相连接) ，具有从h l r 查询得到被叫m s 日前 的位置信息，并根据此信息选择路由；移动交换中心m s c ：m s c 是整个通信 网络的核心网元，完成或参与网络子系统n s s 的全部功能。对呼叫进行控制与接 续，提供计费信息并协调与控制整个g s m 网络中的各个功能实体。它控制所有 b s c 的业务，提供交换功能及和系统内其它功能的连接，m s c 可以直接提供 或通过移动网关g m s c 提供和公共电话交换网( p s t n ) 、综合业务数字网 ( i s d n ) 、公共数据网( p d n ) 等固定网的接口功能，把移动用户与移动用 户、移动用户和固定网用户互相连接起来；访问位置寄存器v l r ：v l r 是一 6 第一章g s m 通信系统原理 个数据库，是存储所管辖区域中m s 的来话、去话呼叫所需检索的信息以及 用户签约业务和附加业务的信息，例如客户的号码，所处位置区域的识别， 向客户提供的服务等参数。v l r 是服务于其控制区域内移动用户的数据库。系 统存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息，为已登记的移动用户提 供建立呼叫接续的必要条件。当某用户进入v l r 控制区后，此v l r 将向该移动用 户的归属位置寄存器h l r 获取并存储必要数据，而一旦此用户离开后则取消v l r 中此用户的数据。v l r 通常与m s c 合设在一起；归属位置寄存器h l r ：h l r 是一 个存储移动用户数据的静态数据库。包括用户识别号码，访问能力，用户类别和 补充业务等数据。同时也存储移动用户所在v l r 区域的有关动态数据；鉴权中心 a u c ：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 口数据被窃；设备识别寄存器e l r ：e l r 存储着移动设备的国际移动设备识别码。 i m e i 通过核查三利- 表格：白名单、灰名单、黑名单，使网络具有防止无权用户 接入。监视故障设备的运行和保障网络运行安全的功能；短消息中心( s m s c ) ： 短消息中心是向用户提供短消息业务的实体。h l r 、a u c 、e i r 通常和设于同一物 理实体。 基站子系统( b s s ) 包括以下两个功能系统：基站控制器b s c ：b s c 是基站 子系统b s s 的控制部分。主要完成接口管理，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测量和统计切换支持呼叫控制操作与维护等功能；基站 收发信机b t s ：b t s 受控于基站控制器b s c 。属于基站子系统b s s 的无线部分， 是服务于某小区的无线收发信台设备。实现b t s 与移动台m s 空中接口的功能， b t s 主要分为基带单元、载频单元、控制单元三部分。基带单元主要用于话音数 据速率适配以及信道编解码等。载频单元主要用于调制解调与发射栅接收机间 的耦合。控制单元则用于b t s 的操作与维护。 操作与支持子系统( o s s ) ：操作与支持子系统包括操作维护中心( o m c ) 和 网络管理中心( n m c ) 。它通过专线把m s c ，b s c ，h l r 等网络单元连接起来， 记录和收集全网运行中的各种数据，实现对网内各单元运行情况的监视、性能管 理、状态报告和故障检测等功能。 移动终端( m s ) ：移动终端是用户与系统的接口设备，包含两个部分：移动台和 s i m 卡，移动台是移动通信中直接由用户使用的通信设备，分为车载式和便携式 ( 手机) 两利，移动台是一个无线收发终端设备。s i m 卡是刖户识别模块，存储 了一个用户的全部必要信息，s i m 卡对一个用户来说是唯一的，当s i m 卡插入 任意一部手机时，就组成了该用户的移动终端。 7 第二章g s m 通信系统原理 2 3g s m 系统主要参数及频率配置 频段：上行信号线路移动终端发，基站收发台接收的频率段为8 9 0 9 1 5 m h z ； 下行线路线路基站收发台发，移动终端收的频段为9 3 5 q 6 0 m h z ； 频带宽度：带宽为2 5 洲z ； 上下行频率间隔：4 5 删z ； 通信方式：全双工； 每个时隙的信道速率：2 2 8 k b i t s ； 载波频率间隔：标准频率间隔2 0 0 k h z ： 信道分配：有8 个全速率信道，1 6 个半速率信道，载频的时隙为8 。 信道总速率：2 7 0 kb i t s ： 调制方式 接入方式 分集接收 话音编码 高斯滤波最小频移键控( g m s k ) ； 时分多址( t d m a ) ； 跳频频率为每秒2 1 7 跳，采用交错信道编码，自适应均衡方式。 规则脉冲激励线性预测编码r p e l p c1 3 k b i t s ； 2 4g s m 短信业务编码原理 2 4 1s m s 业务简述 s m s ( s h o nm e s s a g h l gs e i c e ) 即短信息服务，这是目前最成熟的短消息业 务，也是现在使用率最高的一种短消息业务。在现今移动通信业务市场内，是使 用最广泛的业务，这种短消息的信息字节长度是有规定的，在1 4 0 字节内，这 些内容是以文本格式送出的。短信息服务以便捷的使用方式受而广泛受到应用， 属于第一代的无线数据通信增值服务，业务开展的广泛，服务成熟。 s m s 从功能使用上讲，是一种经第三方存储信息和转发信息的业务。换句 话说，短消息没有从发送人直接就发送给接收人终端，而先是需要通过先是通过 短消息服务中心进行转发。如果接收终端处于未在线状态( 关机或不在服务区) ， 则消息将会在服务中心保留，直到接收终端再次登陆网络时发送出去。 s m s 服务具有确认消息发送是否成功的功能。用户在发出短信息之后可以 从收到短信服务中心发来的反馈信息，告诉发信人这条短信是否成功发出。这种 功能依然是存储与转发业务的实现。 s m s 业务的收费标准为按消息数量来收费，这比通过其他类型的网络( 例 如g p r s 业务) 按发送流量去收费，即发送的数据内容多，就需要支付的更多相 8 第一章g s m 通信系统原理 比更加经济。 用户想要使用s m s 业务，需要先加入支持s m s 业务的移动通信网络服务 商，而且必须实现开通相应的s m s 业务。用户需要实现定制好改地区的短信服 务中心即添加一个短信息中心号码。这样，该用户就可以使用s m s 业务，发送 和接收短信息。用户发送信息还要设定一个发送目标，即信息到达终端，该终端 一般情况下是其他网络用户的移动电话，也可以向一个服务器发送信息，例如一 台计算机，或一个网络服务器。必不可少的，用户还要有一台移动终端，可以是 一个手机，同样也可以是一个服务器或一个移动通信模块，利用s i m 卡的接口， 就可以实现s m s 业务的使用。 s m s 短信消息的发送和接收的同时，用户依然可以拨打和接通电话语音业 务。互不冲突，也不存在时延。 g s m 通信网独特的信息收发技术在于，基于g s m 的短信息业务是利用信令 信道来传输信息的。因此，收发双方不用建立通信拨号连接，只需要发送方把要 发送的信息内容加上接收终端地址，按照一定的格式发送到短信息服务中心后， 通过短消息服务中心转存后再发送给最终的接收终端。这就能够使得即使接收方 暂时不在网路中，也能由第三方保存信息内容不丢失，直到接收方登陆后再转发 给终端。在消息容量上，每条短消息的信息量被限制在1 6 0 b 以内。 在控制移动终端收发短信的技术中，普遍采用a t 指令来实现，现在市场上 大多数手机均支持g s m 0 7 0 5 规定的a 1 指令集。该指令集是e t s i ( 欧洲通信技 术委员会) 发布的，其中包含了对s m s 的控制。 s m s 的规范是由e s t i 制订的，其中，分别用t 2 l 和t 2 2 作为短消息接收和 发送的业务代码。如果是申请了短消息业务的手机用户，可以用手机先设置一下 短消息服务中心号码，然后便可发短消息，接收短消息不需要设置号码。短消息 的信道路径是信令信道的，不占用语音通信信道，所以用户的语音话务服务和短 信收发服务可以是同时进行的。按短消息发送的内容和方式可分为：块模式 ( b l o c k m o d e ) 、文本模式( t e x tm o d e ) 和p d u 模式。以下简要介绍一下三种模式的 格式。 1 块模式( b 1 0 c km o d e ) 块模式是短信息二进制传输协议，是移动台和短信服务中心之间的短消息传 输的p d u ( p r o t o c o ld e r i p t i o i l u i l i d 打包格式。 2 文本模式( t e x tm 0 d e ) 文本模式是为了适应g s m 网络标准而重新定义的a t 指令集，它主要是传输 字符的协议标准。对终端要求不高，英文的文本模式就是基于这个模式。首先， 应用程序把文本信息向g s m 模块建立传送数据，由g s m 系统来组成传输内容的 9 第二章g s m 通信系统原理 格式，即传输协议数据单元t p d u ( t r 锄s f e rp r o t o c o ld a t a 咖t ) 。在文本模式的封 装下，短消息结构里对字符的扩展方面足有局限的。所以其他两种模式提供的通 信内容及功能都要比文本模式能够提供的服务多。 3 p d u 模式( p d um o d e ) p d u 模式和文本模式有许多类似的地方，不同之处在于它将短消息的封装任 务留给了应用系统去实现。p d u 模式下指令集更加多样丰富，a t 指令也就能够 组合成许多多样性的p d u 串，最大的优势在于可以传送字符格式的数据，包括中 文字符。这利- 模式给a t 指令集带来了极大的应用市场。 2 4 2s m s 体系结构 g s m 网络标准里定义了点对点短消息服务协议，这实现了移动台和短消息 服务中心之间能够传送信息。这些短信息服务中心是由称为s m s g m s c 的特定 移动交换中心同g s m 网络相连的。基于s m s 管理的体系协议【2 l ，如图2 2 所示。 图2 2s m s 体系结构 s m e ：短消息实体( s h o r tm e s s a g i n ge n t 时) ，该模块用来接收或更改短消 息，位于移动通信网络基站、固定电话短信模块以及其他网络服务中心； s m s c ：短消息服务中心( s h o r tm e s s a g es e r v i c ec e n t c r ) ，短信服务中心的 作用是一种中继作用，实现短信实体与移动基站中继、储存或转发短消息的功能： 移动台到短信息服务中心具有传输来自基站或朝向基站的短消息这样的通信协 议，这种协议称为s m t p ( s h o nm e s s a g et m s m i s s i o np r o t o c o i ) 即短信息传输协 议： 1 0 第二章g s m 通信系统原理 s m c g m s c ：s m s g a t e w a ym s c ，s m s 服务网关。该模块接收从短信服务 中心发出的消息，并向归属位置寄存器查询相关的路由情况，是否允许短消息传 送到下一级，也就是接收终端或者是一个交换服务器； h l r ：归属位置寄存器( h o m el o c a t i o nr e g i s t c r ) 。该模块的作用是无期限 的保存并维护登记用户所使用过的服务记录的数据信息，在短信服务网关和归属 位置寄存器的协议标准下，s m c g m s c 可以调用归属位置寄存器的去检索需要 的用户地址信息，这样的方式可用于用户丢失信号后，或重新登陆网络后，通知 系统将丢失的信息重新取回。 m s c ：移动交换中心( m o b i l es w i t c h i i l gc e i l t e r ) 。对系统发送过来或送出 的语音及数据信息进行管控，切换到需要联结的通信业务系统； v l r ：访问位置寄存器( v i s i t o r l 0 c a t i o nr e g i s t e r ) 。内建了使用者暂时的 数据信息，以便在m s c 进行访问时使用。 2 5p d u 编码规则 2 5 1p d u 格式介绍 p d u 模式下发送和接收短信息一般可以用3 种编码形式来进行信息编码： 7 - b i t 、8 - b i t 和u c s 2 编码。如果发送标准a s c i i 字符用7 - b i t 编码，要发送数据 类的消息则需要8 - b i t 编码，如果发送u n i c o d e 字符的中文信息，则需要用u c s 2 编码规则。一个p d u 码串是由“ab c d efg hijklm ”十三种内容组合成 的【3 1 。 a 项是短信服务中心的地址长度，以2 位十六进制数作为长度格式； b 项是短信息服务中心号码的分类，也是两位十六进制数作为单位。 c 项是短信息服务中心号码具体数据，短信中心的地址长度决定b 、c 两项 内容的长度之和。 d 项是文本基本参数，占两位。 e 项是信息参考基准值，位数同上。 f 项是口标号码的长度，位数同上。 g 项是目标号码的类型，位数同上，参考b 项内容。 h 项是目标号码具体数据。 i 项是协议标识，十六进制共两位。 j 项是短信息编码方案，十六进制共两位。 k 项是短信时效，十六进制共两位。 第章g s m 通信系统原理 l 项是发送的信息数据长度，十六进制共两位。 m 项是发送信息的具体文本，其长度由l 中的数据决定。 需要注意的是，如果想要发送中文信息，则在j 项里需要设定编码规则，即 采用u c s 2 类型的编码，g s m 系统网络协议中，中文字符采用u i l i c o d e 编码规 则，所以要让接收方正常显示中文字符，需要进行中文的u n i c o d e 编码转换。 2 5 2p d u 编码协议说明 发送英文短信： 用户想要发送的信息包含：s m s c 短信服务中心号码是+ 8 6 1 3 8 0 0 2 2 0 5 0 0 ，对 方号码是1 3 8 2 0 王8 8 0 9 2 ，消息内容是“h e u o ! o 从手机发出的p d u 串可以是： 0 89 l6 83 10 82 00 20 5f ol l0 0o d9 l6 83 l2 81 08 89 0f 20 0 o oo o0 6c 83 29 b f do e0 l 按照格式规范，我们进行如下分析： 0 8 对应上述结构中的a 项，即s m s c 地址长度。含地址格式l 字段，共8 个字段。 9 l 对应着上述结构中的b ，即短信中心格式设置为国际通用格式，即在号 码前加“+ 。 6 83 l0 82 00 20 5f o 对应c 项，设置短信中心号码：8 6 1 3 8 0 0 2 2 0 5 0 0 ，不足 偶数位，要在最后加上一个“f ”凑成偶数位。 l l 对应d 默认的基本参数。 0 0 对应e 发送信息基准值，默认为0 。 o d 对应f 接收号码十迸制位数。 9 l 对应g 接收号码的格式设置，通用格式加“+ 。 6 83 12 8l o8 89 0i i 2 对应h 项，代表接收方具体的号码，不足偶数位，要在 最后加上一个“f 凑成偶数位。 o o 对应i 项，短信协议标识方式位，0 0 代表普通g s m 类，点到点传输。 o o 对应j 项，短信内容编码格式采用了7 - b i t 编码。 o o 对应k 项，信息有效期，o o 代表5 分钟。 0 6 对应l 项，发送信息内容的字节长度，即6 个字段。 c 83 29 bf do eo l 对应m 项，通过查编码表，我们可以知道信息发送的内 容。 接收中文短信的示例： 例如收到信息内容分为：短信息中心号码是8 6 1 3 8 0 0 2 2 0 5 ，发送方号码是 1 3 8 2 0 1 8 8 0 9 3 ，消息内容是“你好! 那接收方收到的p d u 信息为： 1 2 第一章g s m 通信系统原理 0 89 l6 83 l0 82 00 20 5f o8 40 d9 l6 83 l2 8l o8 89 0f 3o o0 80 l9 02 19 01 30 5 8 00 64 f6 05 97 do o2 l 按照格式规范，我们进行如下分析： 0 8 对应a 项即s m s c 地址长度，含地址格式l 字段，共8 个字段。 9 l 对应上b 项，短信中心格式设置为国际通用格式，即在号码前加“+ 。 儡3 l0 82 00 50 5f o 对应上述结构中的c 项，设置短信中心号 码：8 6 1 3 8 0 0 2 2 0 5 0 0 ，不足偶数位，要在最后加上一个“f ”凑成偶数位。 8 4 为接收基本参数设置，含义为含有发送方号码信息。 o d 对应发方号码长度，即十进制位数。 9 l 对应发方号码格式设置，通用格式加“+ 。 6 83 l2 8l o8 89 0f 3 代表发送方方具体的号码，不足偶数位，要在最后加上 一个“f ”凑成偶数位。 0 0 为短信协议标识方式位，0 0 代表普通g s m 类，点到点传输。 0 8 表示短信内容编码格式采用了u c s 2 编码，即发送中文内容的文本。 o l9 02 l9 01 30 58 0 为信息发送的时间和时区。 0 6 为发送信息内容的字节长度，即6 个字段。 4 f 砷5 97 d0 02 1 为短信的具体内容，通过查岫i c o d e 编码表，我们可以知 道信息发送的内容。 这里需要注意的是信息服务号码和时间的格式，都是按逆序来编码的的，而 且要用f 将p d u 串补成偶数。在p d u 格式中，我们可以用7 - b i t 、8 - b i t 和u c s 2 编码这三种编码方式来对短信的具体内容编码，上面提到了，发送标准a s c i i 字符采用7 - b i t 编码，其实所谓7 - b i t ，实际是先将7 位字符在最高位加“0 ，凑 成8 位，再7 位一组编码，8 位编码一般用于传送较大信息量的短信息，例如铃 声和一些图片；u c s 2 编码适用于中文字符内容的发送，基于u n i c o d e 编码规范， 由于编码复杂，所以传送的信息字符数少。我们知道，一个p d u 格式的的信息 容量作多为1 4 0 字节，在编码时还应注意，采用了不同的编码规范，产生的p d u 串中的短信内容长度的含义也有所不同。例如，采用u c s 2 编码规范，信息长度 就是字节数，这相当两倍于消息内容字符个数。采用8 - b i t 编码规范时，信息长 度就是信息所占字节个数。采用7 - b i t 编码规范时，信息长度不按编码后的字节 长度去算，而是短消息内容的原始字符数去表示。根据三利t 编码的不同编码方式， u c s 2 编码、8 - b i t 、7 b i t ，我们可以计算出要发送的短信内容的最多能编写的字 符数分别是7 0 、1 4 0 和1 6 0 。一个汉字，标点或字母数字都认为是占一个字符。 第三章车用防盗通信系统结构及原理 第三章车用防盗通信系统结构及原理 本设计以西门子g s m 通信模块t c 3 5 i 作为通信电路的核心系统，通过单片 机控制该通信模块的启动，停止和发送报警短消息，从总体上分为核心控制单元 a t 8 9 s 5 2 、g s m 无线通信、超声波传感器数据采集、手机接收报警信号、报警 驱动电路等五个单元电路。从系统工作方式上看，又分为两大部分：第一部分是 状态信息采集，传感器将数据送给主控机完成处理，主要由a t 8 9 s 5 2 单片机、超 声波传感器实现，第二部分是远程报警，主要通过g s m 无线通信模块( 西门子 t c 3 5 i ) 、用户手机和s i m 卡实现。 3 1 系统的结构框图 根据系统的设计要求以及总体设计方案，本系统主要框图如图3 1 所示，系 统由主控：醛片、超声波传感器、继电器组、报警蜂鸣器、g s m 通信模块组成。 超声波传感器 主 控 蜂鸣报警 g s 通信 手机终端 芯 系统板 报警中心 肯 t 继电器 s i 噩卡 图3 一l 系统结构框图 从系统组成的框图中可以看出，主控芯片，采用了a t l l l e l 公司的a t 8 9 s 5 2 单 片机，起到协调各系统工作，处理信息，收集传感器的报警信号，送出驱动报警 电路及切断汽车油路，电路的继电器机组的动作命令，另外也控制g s m 模块收 发短信息。 第三章车用防盗通信系统结构及原理 主控芯片和超声传感器之间通过口进行数据通信，超声波传感器采集到 汽车状态信号，送出报警中断信号给单片机，主控机响应中断后立刻通过i o 口 驱动放大电路控制继电器组和蜂鸣器报警。 主控机与此同时启动短信报警子程序，利用编写好的a t 指令来控制g s m 通 信模块向指定用户手机号码发送短信息。 3 2 短信报警通信系统工作原理 该系统的工作原理分为两部分： 其中第一部分是由超声波传感器感知车辆状态，一旦有盗车行为，例如玻璃 的振荡，车门的异常开启，车辆的倾斜，这些状态将会由超声波传感器测量，内 部的压控振荡器的中心频率作为标准，一旦测得频率有偏差，传感器会通过单片 机的i o 接口向主控机a t 8 9 s 5 2 送出报警中断信号，单片机相应f f i 断信号后，立 即锁定连接油路、电路的继电器组，锁定车辆，同时送出驱动蜂呜报警信号。 另一方面，主控单片机a t 8 9 s 5 2 立即t c 3 5 i 发出控制命令，对串口进行初 始化，给t c 3 5 i 模块上电，同时利用编写好的a t 指令程序控制该模块向指定用 户手机发送报警短信或直接拨打报警中心电话。由于硬件条件所限，该系统只调 试了防盗系统的通信部分，传感器部分只进行了理论上的设计介绍。 该系统通信模块是采用短信息方式实现向手机用