（控制理论与控制工程专业论文）基于网络数据终端的家庭智能控制系统.pdf

摘要 基于网络数据终端的家庭智能控制系统 学科：控制理论与控制工程 研究生签字：工峭 指导教师签字：事髯、塞戍 摘要 随着科技的进步以及对生活质量要求的不断提高，人们对家电的选择和使用 已经从只关心家电的单项功能转向追求家电品位和控制的便捷性。信息技术和网 络化技术的发展为家用电器居家环境集中控制和远程遥控提供了可能。将信息技 术与家电控制技术相融合，在更大程度上实现家庭生活的信息化和自动化。 该数据终端控制系统的开发自动控制技术、计算机技术、数字通信技术，利 用相关的网络、计算机系统和控制器，以无线网络和有线网络为基本控制指令和 数据信息传送方式，实现家电的无线遥控和数据的远程传送，该系统具有手机远 程控制、自动报警、呼叫社区服务、物业管理等功能。还可以根据用户群的需要 向生活连网服务、智能办公等方向无限扩展。，j 本踩统的突出特点是将计算机技术、远程控制技术、网络技术、无线通信技 术、红外遥控技术等有机的结合起来，按照模块化的设计方法去构成一个协调的 整体，完成各种应有的功能。同时多种通讯方式的应用使系统具有很好的可操作 性和灵活性。 系统总体的运行是可靠的，也较好地满足了市场的需求，体现了先进性和实 用性的统一。 关键词：网络数据终端；无线通信；网络通信；远程控制 “ i n t e l l i g e n tr e s i d e n c ec o n t r o ls y s t e mb a s e do n t h en e t w o r kd a t at e r m i n a l d i s c i p l l i n e ：c o n t r o lt h e o r y a n dc o n t r o le n g i n e e r i n g s t u d e n t s i g n a t u r e ：胁批 s u p e 眺o r s i g n a t u r e ：a 如 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs o c i e t ya n dw i t ht h ei n c r e a s eo fp e o p l e sd e m a n dt o l i v i n gq u a n t i t y ，t h es e l e c t i o na n du t i l i z a t i o no ff a m i l ye l e c t r i c a la p p l i a n c eo fp e o p l e h a sc h a n g e df r o m c a r i n gw i t ht h es i m p l e f u n c t i o nt op u r s u i t h i g h e rp e r s o n a ls t a t u sa n d c o n v e n i e n c eo ff a m i l ye l e c t r i c a l i t sp o s s i b l ef o rc o n c e n t r a t i n gc o n t r o la n dr e m o t e c o n t r o lf o rf a m i l ye l e c t r i c a lw i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y t h e c o m b i n a t i o no fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dr e m o t ec o n t r o lt e c h n o l o g yr e a l i z et h e a u t o m a t i o na n di n f o r m a t i o n a lo ff a m i l yl i f ei nh i g hd e g r e e t h e i n t e l l i g e n t r e s i d e n c ec o n t r o l s y s t e m i s d e v e l o p e d b a s e do na u t o m a t i o n c o n t r o lt e c h n o l o g y , c o m p u t e rt e c h n o l o g y ，d i g i t a lc o m m u n i c a t i o n ，u s i n gt h er e l a t e d n e t w o r k ，c o m p u t e rs y s t e ma n dc o n t r o l l e r s t r a n s m i t t i n gt h eb a s e dc o n t r o li n s t r a c t i o n a n dd a t ai n f o r m a t i o nw i t hw i r e l e s sn e t w o r ka n dw i r en e t w o r k i nt h ee n di t sf u l f i l l w i r e l e s sr e m o t ec o n t r o la n dr e m o t et r a n s m i t t i n gd a t a t h es y s t e mt a k eo nm a n y f u n c t i o n si n c l u d i n gr e m o t ec o n t r o l ，a u t o m a t ea l a r n l ，c a l l i n gs e r v i c ea n ds oo n i tc a n 1 i m i t l e s sb r a n c ho u tt ol i f en e ts e r v i c e 。i n t e l l i g e n tc o r l t r 0 1a c c o r d i n gt ot i l en e e do f c u s t o m e r s t h eo u t s t a n d i n gc h a r a c t e r i s t i co ft h i ss y s t e mi st h a tt 1 1 e l o n g d i s t a n c ei n t e r n e t c o n t r o l t e c h n o l o g y ,c o m p u t e rt e c h n o l o g y , n e t w o r k t e c h n o l o g y , w i r e l e s s c o m m a h i c a t i o nt e c h n o l o g y , i n f r a r e dr e m o t e c o n t r o l t e c l l l l o l o g y a n ds oo na r e c o m b i n e d i tc o m p o s e dac o o r d i n a t es y s t e ma c c o r d i n gt om o d u l a r i z ed e s i g nm e t h o d ， a c c o m p l i s h e da l lk i n d so ff u n c t i o n s a t 血es a m et i m em u l t i p l ec o n n n u n i c a r em e t h o d m a k e st h i ss y s t e mm o r eo p e r a b l ea n df l e x i b l e ，n o to n l ya d v a n c e db u ta l s op r a c t i c a l 1 1 1 eo p e r a t i o no ft h es y s t e mi sr e l i a b l e i ta l s om e e t st h em a r k e td e m a n d k e y w o r d ：n e t d a t at e r m i n a t e ；w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n ；n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n ； r e m o t ec o n t r o l 绪论 1 1 系统简介 1 绪论 随着2 1 世纪的到来，人类逐步跨人了信息时代。随着科技的进步以及对生 活质量要求的不断提高，人们对家电的选择和使用已经从只关心家电的单项功能 转向追求家电品位和控制的便捷性。信息技术和网络化技术的发展为家用电器居 家环境集中控制和远程遥控提供了可能。将信息技术与家电控制技术相融合，在 更大程度上实现家庭生活的信息化和自动化，满足人们舒适、高节奏的生活需要， 使所有的消费电子产品具有了连入网络的能力，正是消费类电子产品下一步的发 展趋势。家电的网络化将给已趋饱和家电消费市场带来新的需求。对这方面的进 一步研究使得人们的生活方式、工作方式以及思维方式都发生了巨大的变化，同 时也刺激人们对各种数据源和网络服务需求日益增长，为信息社会注入新的生机 和活力，具有重要的理论、实用和商用价值。 网络数据终端控制系统的开发基于自动控制技术、计算机技术、数字通信技 术及加密技术，系统利用相关的网络、计算机系统和控制器，以无线网络和有线 网络为基本控制指令和数据信息传送方式，实现无线遥控和数据传送，通过专设 的控制中心和服务中心，为家庭和小区管理提供全方位的数字化服务。本系统具 有手机远程控制、自动报警、呼叫社区服务、物业管理等功能。还可以根据用户 群的需要向生活连网服务、智能办公等方向无限扩展。 系统中的许多子系统采用模块化设计，可以在硬件上无需任何改动地应用于 多种测控系统，智能建筑系统等，预期将取得良好的社会和经济效益“”。 1 2 系统的技术特点及应用前景 本系统将计算机技术、远程控制技术、网络技术、无线通信技术、红外遥控 技术等有机的结合起来，按照模块化的设计方法去构成一个协调的整体，完成各 种应有的功能。本论文研究的目的在于通过通信网络的传输和远程数据终端控制 实现家庭控制的智能化。 首先，要在一个家居中建立一个通讯网络，为家庭信息提供必要的通路，在 家庭网络数据终端的控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对所有家庭网络 上的家电和设备的控制和监测。其次，它们都要通过一定的媒介，构成与外界的 通讯通道，以实现与家庭以外的世界沟通信息，满足远程控制、监测和交换信息 的需求。最后，它们的最终目的都是为满足人们对安全、舒适、方便和符合绿色 环境保护的需求。本系统的普及将大大提高国民的生活水平和质量，因此有着良 好的市场和应用前景】【“。 西安工业学院硕士学位论文 1 3 课题的研究内容与重点 系统在总体上是多个子系统的组合，设计的技术要求及研究的主要内容可 以分为以下部分：设备自动化控制单元，安全防范单元，通信网络单元，用户 程序的开发环境单元。通过数据终端可以对家庭网络上的任意一个家用电器进 行控制和监测，同时，也可对网络上的家用电器作简单的参数设置。它通过总 线与各种类型的家用电器模块相连接，通过电话线路、计算机互联网、r s 4 8 5 总线、g s m 公众网与外部相连接。家庭数据终端根据其内部的软件程序，向各 种类型的家用电器模块发出各种控制命令。 1 3 1 系统技术要求 ( 1 ) 数据终端与以太网通信的接口设计 ( 2 ) 数据终端与电话通信的接口设计 ( 3 ) 数据终端与r s 4 8 5 总线通信的接口设计 ( 4 ) 红外发射、接收以及自学习的设计 ( 5 ) 通过g s m 公众网的中文短消息业务发送数据 ( 6 ) 各类传感器、家电设备与控制器的接口设计 ( 7 ) 下位机与上位机通讯软件设计 本系统是目前研究的热点之一，开发该系统所需的知识面要求较广，所需 的综合知识较多，而系统的基础则是通信网络和控制网络的建设，也是整个系 统调试成功的基础。 1 3 2 系统研究重点 ( 1 ) 系统的通信网络的研究。包括通过电话进行远程控制和传输数据的研 究，通过互联网双向传输数据技术的研究，g s m 公众网的短消息业务的应用开 发。 ( 2 ) 系统的控制技术的研究。使用的技术主要是红外遥控技术，包括红外 遥控信号的研究和应用开发，掌握常见的遥控信号的识别及根据不同设备需求 进行遥控信号的编码，调制和发射技术。 ( 3 ) 网络数据终端控制器的接口设计。包括电话接口设计，互联网接口设 计，无线通信接口设计，r s 4 8 5 通信接口设计。 ( 4 ) 系统控制软件的开发。 系统的设计方案分析 2 系统的设计方案分析 2 1 系统设计方案的总体介绍 本系统的设计方案采用模块化结构，将整个系统按照功能划分为四个子系 统模块，各个模块可以单独使用，也能够灵活组合使用。用户可以根据自身经 济状况和实际需要进行有选择的组合”】。系统按功能可分为远程抄表功能、远 程控制功能、防盗报警功能，系统的功能框图如图2 1 所示。系统按照通信方 式的不同，可以分为以下几个子系统：基于d t m f 的电话智能控制系统，基于 g s m 短消息的远程抄表及控制系统，基于r s 4 8 5 总线的远程抄表及控制系统， 基于以太网的远程抄表及控制系统。 图2 1 系统功能框图 系统在结构上可分为四个单元：通信网络单元、设备自动化控制单元、安 全防范单元、用户程序开发单元。各单元在设计上是独立的，在运行中通过控 制网络构成一个有机的整体，系统原理框图如图2 2 所示。 2 1 1 设备自动化单元 设备自动化单元包括两个子单元：远程抄表单元、远程智能遥控单元。设备 自动化单元主要包括电器设备的集中、遥控、远距离异地的监视、控制及数据 采集。该单元由照明设备控制模块，家用电器监控模块和电表、水表、煤气表 数据采集模块组成。 a 家电设备监控模块 对家用电器进行控制、调节和监测，比如微波炉、洗衣机、照明设备、电 动窗帘、温度和湿度控制器、空调、各种手动开关和遥控器等。按照预先设定 西安工业学院硕士学位论文 的时间程序分别对各个家电设备的开、关进行控制，并可按照预先设定的程序根 据时间、温度、湿度等参数对空调机进行监视，调节和控制。在这部分网络上， 主要传输速率比较低的控制信号，它占用的信道带宽比较窄，我们称之为控制网 络。 图2 2 系统原理框图 b 电表、水表、煤气表数据采集模块 电表、水表和煤气表的数据采集、计量和传输，根据小区物业管理的要求在 终端控制器设置数据采集程序，可在某一特定的时间通过各类传感器对电表，水 表和煤气表用量进行自动数据采集、计量，并将采集结果传送给小区物业管理系 统。 4 西安工业学院硕士学位论文 c 照明设备控制模块 对家庭照明设备的开、关进行控制。 2 1 2 通信网络单元 家庭通信网络单元由电话通信模块、计算机互联网模块、r s 4 8 5 总线模块、 g s m 公众网模块组成。该单元主要实现控制网络和信息网络的信号综合并与外 界的接口，以便作远程控制和信息的交换。这个功能的实现也为控制中心的远程 监测和维护提供了良好的基础。 a 电话通信模块 通过电话线路双向传输语音信号和数据信号。当发生意外情况时，自动地拨 通电话进行报警时，而且还可以远程通过电话控制家电设备。 b 计算机互联网通信模块 通过互联网双向传输数据和控制信号，而且还可以通过互联网实现信息交 互、综合信息查询、电子邮件等。 c r s 4 8 5 总线通信模块 当系统需要扩展功能时，例如，把数据终端控制器应用到工业现场时，实现 远程设备的控制和监测，这时利用r s 4 8 5 总线就方便了。r s 4 8 5 接口为半双工 传输，在某- - h e 亥4 ，一个发送另一个接收。当用于多点互连时，可节省信号线， 便于远距离传送，而且抗干扰能力强，非常适用于环境恶劣的工业现场工作。 d g s m 公众网通信模块怕1 g s m 的短消息业务s m s ( s h o r tm e s s a g es e r v i c e ) 通过无线控制信道进行传输 是g s m 通信网所特有的，由短消息服务中心完成存储和前转功能不用拨号建立 连接。只需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。因而适于把每次采集到的数据随时发送到监控中心，或 者是当发生意外时，通过发送短消息来告知用户。短消息业务可以使网络端知道 被叫方是否已经收到短消息，如果传送失败，网络的一侧会保留所传的消息，一 旦网络发现被叫方能被叫通时，消息能被重发以确保被叫方能收到。 2 1 3 安全防范单元”】 家庭安全防范主要包括防火灾发生、防煤气( 可燃气体) 泄漏、防盗报警、 安全对讲、紧急呼救等。家庭数据终端控制器内按等级预先设置若干个报警电话 号码( 如回家人单位电话号码，手机电话号码、寻呼机电话号码和小区物业管理 安全保卫部门电话号码等) ，在有报警发生时，按等级的次序依次不停地拨通上 述电话进行报警。家庭安全防范单元由火灾报警模块、煤气泄漏报警模块、防盗 报警模块和安全对讲及紧急呼救模块组成。 a 火灾报警模块 通过设置在厨房的感温探测器和设置在客厅、卧室等的感烟探测器，监视各 西安工业学院硕士学位论文 个房间内有无火灾的发生。如有火灾发生家庭控制器发出声光报警信号，通知家 人及小区物业管理部门。家庭控制器还可以根据有人在家或无人在家的情况，自 动调节感温探测器和感烟探测器的灵敏度。 b 煤气泄漏报警模块 通过设置在厨房的煤气( 可燃气体) 探测器，监视煤气管道、灶具有无煤气 泄漏。如有煤气泄漏家庭控制器发出声光报警信号，通知家人及小区物业管理部 门。 c 防盗报警模块 防盗报警的防护区域分成两部分，即住宅周围边界防护和住宅内区域防护。 住宅内区域防护是指在主要通道、重要的房间内安装红外探测器。当家中有人时， 住宅周围边界防护的防盗报警设备( 门磁开关) 设防，住宅内区域防护的防盗报 警设备( 红外探测器) 撤防。当家人出门后，住宅周围边界防护的防盗报警设备 ( 门磁开关) 和住宅区域防护的防盗报警设备( 红外探测器) 均设防。当有非法 侵入时，家庭控制器发出声光报警信号，通知家人及小区物业管理部门。另外， 通过程序可设定报警点的等级和报警器的灵敏度。 d 安全对讲 住宅的主人通过安全对讲设备与来访者进行双向通话或可视通话，确认是否 允许来访者进入，住宅的主人利用安全对讲设备，可以对大楼入口门或单元门的 门锁进行开启和关闭控制。 e 紧急呼救 当遇到意外情况( 如疾病或有人非法侵人) 发生时，按动报警按钮向小区物 业部管理部门进行紧急呼救报警。 2 1 4 用户程序的开发环境单元 这是在通用计算机上运行的个软件开发环境，它不是家庭网络上必备部 分，一般只是由控制中心的管理人员来使用。它的主要功能有两个：一是在初始 建立一个家庭网络时为系统设置必要的初始化参数，并将它们下载到控制器和各 个模块中去；另一个功能是用于调试和维护家庭网络。 2 2 系统的通信方式的选取及分析 2 2 1 公用电话网络 使用电话线作传输介质的优点是：一般家庭预先都已布好电话线，因此施工 和安装比较方便。它存在的主要问题是：电话线的原设计是为传输音频信号用的， 因此，它可传输的信号带宽比较窄( 一般为几k h z ) o 此外，电话线的传输阻抗 不易控制并且信号在电话线上的衰减比较大。这些问题都使电话线很难应用于高 速信号的传输。 西安工业学院硕士学位论文 2 2 2 r s 4 8 5 总线”1 r s 4 2 2 a 标准是美国电气工业协会( e i a ) 公布的“平衡电压数字接1 ：3 电路 的电气特性”标准，是为改善r s 2 3 2 c 标准的电气特性，又考虑与r s 2 3 2 兼容而 制定的。r s 4 2 2 a 比r s 2 3 2 c 传输信号距离长、速度快，传输率为1 0 m b s ，在此 速率下，电缆允许长度为1 2 0 m ；若采用较低传输速率，如在1 0 0 k b s 时，最大 距离可达1 2 0 0 m 。 r s 4 2 2 a 每个通道要用二根信号线，如果其中一根是逻辑1 状态，另一根就 为逻辑0 。r s 4 2 2 a 电路由发送器、平衡连接电缆、电缆终端负载、接收器几部 分组成。规定电路只允许有一个发送器，可有多个接收器。因此，通常采用点对 点的通信方式。该标准允许驱动器输出为士( 2 v 一6 v ) ，接收器可以检测到的输入 信号电平可低到2 0 0 m v 。 由于r s 4 2 2 采用平衡传输方式，带负载能力和抗干扰能力大大提高，通信 距离可以达到1 2 0 0 m 以上，完全可以满足一般集散控制系统多机通信的要求 r s 4 8 5 是一种多发送器的电路标准，它扩展了r s 4 2 2 a 的性能，允许双绞线 上一个发送器驱动3 2 个负载设备。负载设备可以是被动发送器、接收器或收发 器( 发送器和接收器的组合) 。r s 4 8 5 电路允许共用电话线通信。电路结构是在 平衡连接的电缆两端有终端电阻，在平衡电缆上挂发送器，接收器及组合收发器。 r s 4 8 5 没有规定在何时控制发送器发送或接收器接收数据的规则。电缆选择比 r s 4 2 2 a 要严格。 r s 4 8 5 总线由两根信号电缆组成。每条连接电路必须有接大地参考点，电缆 能支持3 2 个发送，接收器对。为了避免地电流，每个设备一定要接地。电缆应包 括连接每个设备电缆地的第三信号参考线。若用屏蔽电路，屏蔽应接到电缆设备 的机壳。 r s 4 8 5 用于多点互连非常方便，可以省掉好多信号线，因此在工业控制和通 信网络中得到广泛应用。 2 2 3g s m 无线通信网络p 短消息业务是g s m 系统提供给用户的一种数字业务，在数字蜂窝终端上发 送或接收长达1 4 0 b y t e 字符消息，其较广为使用的寻呼业务有更强的优点。它可 以在终端设备关机或超出覆盖范围之外时依然保证消息的传递。网络中的短消息 服务中心s m s c ( s h o r tm e s s a g es e r v i c ec e n t e r ) 可以保留这些消息，在终端重新 可用时立即传送该消息。短消息业务分为两种：一种是点对点短消息( s m s p p ) ， 在用户之间传送信息；另一种是小区广播短消息( s m s c b ) ，类似于现在的寻呼， 定期在一定的区域内重复广播交通流量、天气状况等信息，不同于寻呼机的是短 消息是一种双向通讯。g s m 系统提供的短消息业务可以让网络端知道被叫方是 否收到所发的消息。如果传送失败，被叫方没有回答确认消息，网络会保留所传 的消息，一旦网络发现被叫方能够被叫通时，就可以重发消息以确保被叫方能够 收到，而且主叫方还能够知道发送是否成功。 无线方式不需要另外布线和施工，因此十分方便。它的不足之处是：成本比 7 西安工业学院硕士学位论文 较高，易受干扰，保密性差，同时人们长期生活在较强电磁波的环境中，到底对 人体健康有多大的影响，现在还没有确切的科学定论。 2 2 4 以太网 近几年来，i n t e m e t 在全世界范围内发展迅猛，作为 _ n t e r n e t 的核心技术 t c p f l p 也越来越被大家所熟悉，基于t c p i p 的w w w 浏览、f t p 、e - m a i l 和 t e l n e t 等技术在各个领域得到较广泛的应用，各种基于t c p i p 技术的计算机网 络技术也不断涌现，且具有很好的应用前景。t c p i p 协议作为计算机网络体系 的核心协议，对网络通信中从硬件故障、网络拥塞、分组延迟或丢失、数据损坏、 数据重复等影响通信的问题都有相应的解决和纠正办法，很好地保证了数据包的 完整和可靠收发。 在这种趋势下，以t c p i p 和以太网为代表，成熟度较高的开放式网络技术， 正逐渐地被应用在各个自动化系统内，连接并控制管理所有的设备。因此采用以 太网作为数据传输的介质，速度快，准确性高，是以后发展的趋势。 系统硬件设计及技术分析 3 系统硬件设计及技术分析 3 1 基于g s m 短消息的远程自动抄表系统设计 自动抄表系统，简称a r m s ( a u t o m a t i cr e a d i n gm e t e rs y s t e m ) ，是供应水、 电、气的部门将安装在用户处的水、电、气三表记录的用量等数据通过遥测、 传输和计算机系统汇总到营业部门，代替人工抄表及一连串后续工作。该系统 的实现是迈向家庭自动化的第一步，并有助于提高水电系统管理的现代化水平。 该系统具有两个主要特点：其一系统数据采集点多，成千上万，数据量大；其 二系统是一个覆盖面很广的通信网络，采集点具有分散性。对系统的要求，一 方面应造价低、经济实惠，另一方面数据的采集要准确及时，又要有一定的环 境适应能力和抗干扰能力。随着现代化电子技术的发展，通信技术和计算机技 术都有了飞速发展，而两者的结合又进一步演化出许多新的通信方式和通信系 统，为a r m s 的实现提供了可能。这样可避免抄表员上门抄表带来的弊端，省 却了上门抄表打扰用户的尴尬问题，对公司、用户都有很大的便利，具有良好 的市场前景。特别是在大中城市里，该系统具有很广的推广价值“。 3 1 1 系统组成及工作原理 系统工作原理框图如图3 1 所示。监控中心通过通道1 发送命令，首先通 过g s m 通信模块发送设置命令，初始化集中器，设置需要采集的模拟量和控 制的开关量，设置系统的密码，然后发送采集命令，采集器采集各种数据量。 采集完数据量后，经集中器的处理，通过通道2 以短消息的方式发送到集中监 控中心，中心将数据整理存人数据库中。如果用户家里出现了报警信息，直接 通过集中器的报警模块发送故障信息到用户手机上，同时监控中心接收发自集 中器的告警信息，并进行相应的处理，如判定告警地点、告警类型及相应的原 因、及时通知用户和相关维护管理人员、对告警信息进行统计和分析、设置告 警监控模块配置信息等。当故障排除后，采集器同样发送短消息到监控中心， 通知中心故障排除，可以正常采集数据了。 3 1 2 系统经济分析 假设每l o o m s 采集一家的数据，则一分钟可以采集6 0 0 家的数据。普通的 电表是2 4 0 0 转k w h ，采集装置每采集2 0 个脉冲记1 个点。每十分钟采集的 数据最多占1 个字节，每家的用量数据是按增量采集的，三个表的增量最多占 3 个字节，所以6 0 0 家的数据最多占2 k 字节，每分钟采集一轮，采集到的数据 存储在a t 8 9 c 5 1 的r a m 内，在存储器内整理、打包，每十分钟发送一次。由 于夜晚用电水气量比较少，所以在晚上发送的数据包，很多是空的数据包，这 样就浪费占用通信信道的时间。因此在软件设计时，采用越限发送，即每次采 西安工业学院硕士学位论文 集的数据必须超越一定的量才发送，一天最多的用量高峰期是每十分钟发送一次 的。 图3 1 抄表系统的原理框图 本系统的最大容量设计为1 0 0 0 家。无线通信是采用g s m 短消息业务，每 个短消息的信息量限制为1 4 0 个八位组( 7 比特编码，1 6 0 个字符) 不超过1 4 0 个字节。基于g s m 短消息业务的容量主要是由短消息服务中心的处理能力和无 线信令信道的承载能力决定的。短消息处理中心的忙时处理能力一般在每秒1 2 0 条信息以上( 以大唐电信的s m c 3 0 短消息中心为例) o 而且短消息业务的费用非 常低，按照1 0 0 0 家计算，每十分钟采集3 k 数据，发送2 2 条短消息，则每月发 送约5 万条。按照西安市短信费用标准，2 5 万条，月的费用是2 0 0 0 元，月。平均 每家2 元，月。因此该系统非常的经济。上位机每十分钟就收集一次的数据，这 样就可以在一天里用电高峰期里及时采集用户的用量，并将用量曲线打印出来。 3 1 3 应用技术分析 a s m s 简介 s m s 是g s m 系统提供给用户的一种数字业务，它与话音传输及传真一样同 为g s m 数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务，s m s 的收发占用的是g s m 网络的信令信道，不会占用普通话音信道，而且它是双向通信，具有一定的交互 能力。而且s m s 具有较高的可靠性，短消息发送端的用户可知道短消息是否已 经到达接收端，由于短消息依靠了s m s c 短消息服务中心的存储和转发机制， 当接收端用户关机或不在服务区内时，s m s c 会暂时保存该短消息，接收端用户 如果在规定时间( 通常为2 4 小时) 内重新处于工作状态，s m s c 会立刻发送短 l o 西安工业学院硕士学位论文 消息给接收端用户，当发送成功时会返回发送端用户一个确认信号。s m s 充分 利用了g s m 网络的基站覆盖广的特点和全程全网的优势，具有极佳的移动性， 使得任何一个申请了短消息服务的g s m 无线终端用户在全网范围内获得服务。 每个短消息的信息量限制为1 4 0 个八位组( 7 比特编码) 1 4 0 个英文字符或7 0 个 中文字符。如果超过此长度，则要分多次发送。 s m s 有两大特点： 第一是存储转发机制，即传送数据包的工作由移动网络中的短消息中心而不 是终端用户来完成，如果用户不在服务区内，短消息就被存储在短消息中心。 第二是传递确认机制，在电路交换数据环境中，用户能够知道连接是否完成 以及数据传递的情况。 当然，s m s 也有很多缺点和局限性： 第一，消息长度不能超过1 4 0 个字符，这是m a p 信令层所限定的。在发送 简短消息时，s m s 还比较划算，但若发送大量信息，使用s m s 并不经济。相比 之下，e m s 、g p r s 、m m s 等会话的数据量就可以大很多。 第二，消息格式单一，只能支持简单文本，同支持图像、视频、音频的m m s 相比，s m s 未来的发展潜力不大。 第三，消息结构不灵活，g s m0 3 4 0 标准定义的s m s 协议数据单元( p d u ) 结构不够灵活，数据编码方案、源地址、协议标识符都是固定的。 第四，采用的信令信道速率低。 第五，存储转发机制效率低。在s m s 中，每一条短消息从发送到接收，都 要经过短消息中心的存储和转发，通信效率自然会受到影响，并且还增加了短消 息中心的处理负荷。 b 短消息p d u 格式分析及实用的a t 命令“” 发送和接收s m s 信息有两种方式：基于a t 命令的t e x tm o d e ( 文本模式) 和基于a t 命令的p d u ( p r o t o c o ld e s c r i p t i o nu m om o d e 模式。西门子的手机大多 只支持p d u 模式，在p d u 模式下短信息正文经过编码后转换成u n i c o d e 码被 传送。由于我们采用的是西门子的t c 3 5 手机模块和t c 3 5 t 手机终端，所以本 文主要探讨p d u 模式的发送和接收。 ( 1 ) a t 命令通用格式： t e s tc o m m a n da t + c ) d o ( = ? r e a dc o m m a n da t + c ) 0 0 ( ? w r i t ec o m m a n da t + c x x x = e x e c u t i o nc o m m a n d 姆c x x x ( 2 ) 常用a t 命令集详解 以下命令详解是在w m d o w s 下自带的软件工具超级终端下进行，首先将串 口波特率设置为1 9 2 0 0 ，8 位数据，1 位停止位，无奇偶效验。 1 ) 查询m 皿i 号0 n t e m a t i o n a lm o b i l es t a t i o ne q u i p m e n ti d e n t i t y ) 盯+ g s n 屏幕显示t c 3 5 回应： 西安工业学院硕士学位论文 ) 。o d 。( ) 。a i x ) o c 。( 该号码应与t c 3 5 t 包装盒上的值一致。 2 ) 打出电话 a t d0 2 9 8 2 4 4 4 7 7 ； 拨通后屏幕显示t c 3 5 回应：o k 3 ) 对方打入电话 屏幕显示t c 3 5 回应：r i n g 如果需要接听，在超级终端键人a t a 并回车。 如果通话结束挂机，在超级终端键人a t h 并回车。 如果不想接听，在超级终端键入a t h 并回车。 4 ) 查询s i m 卡中的电话号码本 a t + c p b r = ：n 屏幕显示t c 3 5 回应：记录中的第n 条号码值，这里n = l ； + c p b r ： l ，”0 2 9 8 2 4 4 4 7 7 ”，1 2 9 ，”i m p a c t - x a ” a t + c p b r = ，q 1 2 屏幕显示t c 3 5 回应记录中从n l 一直到1 1 2 的所有号码 5 ) 写s i m 卡中的电话号码本 a t + c p b w 6 ) 查询所在地的信号质量 a t + c s q 7 ) 列表短消息 这里只讨论p d u 方式。 a t + c m g l 【= 】 屏幕显示t c 3 5 回应：( 成功时) + c m g l ： ， ，i l ， + c m g l ： ， ，i l ， 】 o k 其中 ：i n t e g e rt y p e ；v a l u ei nt h er a n g eo fl o c a t i o n n u m b e r ss u p p o r t e db yt h ea s s o c i a t e dm e m o r y ：s t r i n gt y p ea l p h a n u m e r i cr e p r e s e n t a t i o no f o r c o r r e s p o n d i n g t ot h ee n t r yf o u n di np h o n e b o o k ；i m p l e m e n t a t i o no f t h i sf e a t u r ei sm a n u f a c t u r e r - s p e c i f i c ：t h el e n g t ho f a c t u a lt p d a t au n i ti no c t e t s 如执行： a t + c m g l = 1 屏幕显示t c 3 5 回应： + c m g l ：9 ，1 ，1 4 9 0 8 9 1 6 8 3 1 1 0 8 0 1 5 0 5 f 0 0 4 0 3 a 1 3 1 f 0 0 0 0 8 1 0 2 1 7 2 6 1 0 3 9 0 2 0 8 6 5 c o a 6 5 6 c 7 6 8 4 0 0 3 1 0 0 3 3 0 0 3 0 7 5 2 8 6 2 3 7 f f l a 5 6 e 0 5 2 9 e 7 4 0 6 0 0 3 1 0 0 3 3 0 0 3 3 8 f 6 c 7 f 5 1 f f o c 6 2 1 1 5 1 6 c 5 3 f 8 8 4 2 5 4 e 1 a 5 3 8 5 5 b a 2 6 d 4 1 9 1 c f 5 f 8 8 5 9 2 7 f f o c 5 7 2 8 6 7 2 c 6 7 0 8 7 f 3 4 8 d 3 9 9 a d 8 5 c f 0 6 7 i f 5 1 8 5 f f o c 8 b f 7 6 0 a 8 9 1 4 c 6 0 c 5 9 0 0 9 6 2 e 9 5 e f a 8 8 4 c 3 0 0 1 9 0 a e 5 c 4 0 3 0 0 1 6 2 d b 8 8 4 c 4 e 0 0 5 3 6 1 9 0 1 a 3 0 0 1 7 f 3 4 8 d 3 9 5 3 6 1 7 8 4 9 6 5 8 9 5 f o f 7 f 3 4 8 d 3 9 3 0 0 2 西安工业学院硕士学位论文 说明在该s i m 卡中的第9 条有短消息，其内容为： 2 0 0 1 1 2 2 71 6 ：3 0 尊敬的1 3 0 用户：因办理1 3 3 转网，我公司营业厅客流量很大，在本月缴费 高峰期内，请您酌情选择建行、邮件、招行一卡通缴费卡等方式缴费。 用户数据为u n i c o d e 汉字编码，需要解码方知 尊( 5 c o a )敬( 6 5 6 c )的( 7 6 8 4 )1 ( 0 0 3 1 )3 ( 0 0 3 3 ) 0 ( 0 0 3 0 ) 用( 7 5 2 8 )户( 6 2 3 7 ) 8 ) 读s i m 卡中的短消息 这里只讨论p d u 方式： a t + c m g r = ：i n t e g e rt y p e ；v a l u ei nt h er a n g eo fl o c a t i o n n u m b e r ss u p p o r t e db yt h ea s s o c i a t e dm e m o r y 屏幕显示t c 3 5 回应：( 成功时) + c m g r ： ，i l ， o k 9 ) 发送短消息 这里只讨论p d u 方式： a t + c m g s = n 生 p d ui sg i v e n h c t r l z 的码a s c i i 为1 a ，e s c 忽略发送 l o ) 写短消息到s i m 卡中 a t + c m g w = ，s t a t p d ui sg i v e n 1 1 ) 发送s i m 卡中的已有短消息 a t + c m s s = ， ， 1 2 ) 收到短消息提示 a t + c n m in o t e ：设置 a r + c n m i = 1 ，1 ，2 执行后当模块收到新的短消息时，给出回应 如： + c m t i ：s m ”，4 t c 3 5 默认时收到新的短消息时，不给出回应。这点可以通过查询得知 a t + c “i ? 返回 + c n m i 0 ，0 ，0 ，0 ，1 1 3 ) 软关机 a t s m s 0 ( 2 ) 发送短消息的p d u 格式分析 发送格式如表3 1 所示： 西安工业学院硕士学位论文 s c a p d u - t y p em rd ap ld c sv p u d lu d 服务中1 字节l2 1 2 11 服务中心用户数据长度 用户数 【心号码 时间戳据 p d u 编码为： 0 8 9 1 6 8 3 1 1 0 8 0 1 5 0 5 f 0 1 1 0 0 0 8 8 1 3 1 0 0 9 2 3 9 3 3 f 8 0 0 0 8 a 8 0 4 8 b d 5 9 a 8 c 具体分析内容如下： 1 ) s c a 服务中心号：0 8 9 1 6 8 3 1 1 0 8 0 1 5 0 5 f 0 0 8 f9 16 83 1 1 08 0 1 5 0 5 f o l e n g t h ( 长度)t o s c a ( 服务中心号码类型)a d d r e s s ( 地址) s c a ( 月务中心号码) 长度：0 8 即s c a 区去除0 8 外后面的字节数，单位是字节。9 1 6 8 3 1 1 0 8 0 1 5 0 5 f 0 共8 字节。但是，当长度值为0 0 时，后面s c a 区将只有0 0 ，后面的号码类型 和地址都不存在，发送短消息时从s i m 卡读出s c a 号码，此号码要用 a t + c a c a = x x x x x 设定。 t o s c a ：服务中心号码类型。9 1 为国际型，8 1 为国内型号码。 a d d r e s s ：地址每个字节先用低位4 b i t ，后用4 - 7 b i t 。如果号码个数为奇数， 最后一个字节的4 - 7 b i t 全部设置为1 ，即f x h 。如号码“1 2 3 4 5 6 7 ”，变化好以后 就是“2 14 36 5f 7 ”。 2 ) p d u t y p e ：发送的p d u 类型。典型为l l h b i t7654321o 【参数 r pu d m s r rv p fv p fr d m r i姗 m t l 2 b i t ：消息类型。0 0 收，0 1 发。 3 ) m r 短消息参考：0 0 1 个字节。表示移动台向短消息服务中心提交的短消息序号，从0 到2 5 5 。 一般移动模块会自动改动，所以默认为0 0 。 4 ) d a 目的手机地址：0 8 8 1 3 1 0 0 9 2 3 9 3 3 f 8 l e n g t h ：为地址的数字个数。1 3 0 0 2 9 9 3 3 3 8 的长度为b 。 t o d a ：地址类型。9 1 为国际型，8 1 为国内型。 a d d r e s s ：地址编码方法与s c a 同。一个字节先用低4 b i t 。奇数号码最后一 位高四位设为f 。 5 ) p i d 协议标志：0 0 短消息传输层作为高层协议参考，或者是远程设备协同工作的标示。需要服 务商支持。但是0 0 h 是所有服务商都支持的。建议采用0 0 h 即可。 1 4 西安工业学院硕士学位论文 6 ) d c s 数据编码方法：0 8 表示使用u c s 2 编码方式 表示数据编码方法和消息类别。一般为0 0 h 默认7 位编码，等级号0 。u c s 2 编码0 等级为0 8 h ，可以传输中文。 765432l0 编码组保留 xxx 具体如下： b i t 7 一6b i t 5b i t 4b i t 3 _ o 0 0 0 文本未压缩； b i t 3b i t 2 字母表b i t lb i t 0 消息类别 1 用g s