高美珍，洪家平

(1.湖北師范學(xué)院 物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖北 黃石 435002;2.湖北師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 黃石 435002)

0 概述

GSM(Global System for Mobile communication)系統(tǒng)是目前移動(dòng)通信體制中最成熟、完善、應(yīng)用最廣泛的一種系統(tǒng)，是我國(guó)最大的移動(dòng)通信網(wǎng)，目前我國(guó)已經(jīng)建成覆蓋全國(guó)的GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。隨處可見的安防系統(tǒng)，如城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，已經(jīng)逐漸融入到生活的各個(gè)方面。而如何利用各種安防產(chǎn)品服務(wù)我們的生活，已經(jīng)越來越受到關(guān)注。如果將GSM與安防系統(tǒng)相結(jié)合，設(shè)計(jì)一種可靠的、實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程安防系統(tǒng)，既能改善傳統(tǒng)安防系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，還能解決某些沒有實(shí)時(shí)安防系統(tǒng)的用戶的燃眉之急。

本系統(tǒng)將GSM模塊融入到安防系統(tǒng)，當(dāng)有人進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域時(shí)，傳感器會(huì)發(fā)送信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)控制GSM模塊向用戶手機(jī)發(fā)送短信或者撥打特定的電話，能及時(shí)準(zhǔn)確地提醒用戶出現(xiàn)問題的詳細(xì)信息，從而使得整個(gè)安防系統(tǒng)更加完善，實(shí)時(shí)功能更強(qiáng)大。

1 GSM模塊TC35i工作原理

1.1 GSM模塊TC35i簡(jiǎn)介

蜂窩移動(dòng)通信引擎TC35i是Siemens推出的一種無線通信模塊，并且已經(jīng)有國(guó)內(nèi)的無線電設(shè)備入網(wǎng)許可證。GSM模塊作為用戶手機(jī)和控制器之間數(shù)據(jù)交換的橋梁，在本系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，它設(shè)計(jì)小巧、功耗低，可以為很多通信應(yīng)用提供經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，適用的范圍包括便攜式電腦的低功耗通信設(shè)備、遙測(cè)遙感、遠(yuǎn)程信息處理和通信等領(lǐng)域，如圖1所示是TC35i GSM模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖。

GSM的主要功能是提供無線語音和數(shù)據(jù)傳輸，與外界的傳輸媒介為GSM網(wǎng)絡(luò)。TC35i模塊配有與GSM網(wǎng)絡(luò)的通信接口(接收器、發(fā)送器和外置天線)，同時(shí)配有與數(shù)據(jù)終端的通信接口(可通過單排40引腳的ZIF連接)，其ZIF可提供控制接口、數(shù)據(jù)接口，語音接口及電源。

TC35i GSM 模塊的主要特性如下：

圖1 TC35i GSM模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖

支持GSM900和GSM1800雙頻;

支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、短消息和傳真;

AT 命令集控制;

SMS：MT/MO/CB/PDU模式;

電流消耗： 3.0 mA(睡眠) 10.0 mA(閑置);

標(biāo)準(zhǔn)RS232 雙向接口.

1.2 GSM工作模式

SMS是由Etsi所制定的規(guī)范(GSM 03.40 和 GSM 03.38)。當(dāng)使用7-bits編碼的時(shí)候,可以發(fā)送最多160個(gè)字符；使用8-bit編碼(最多140個(gè)字符)通常無法直接通過手機(jī)顯示，所以常被用來傳輸數(shù)據(jù)消息或OTA WAP設(shè)置；使用16-bit信息(最多70個(gè)字符)被用來顯示Unicode(UCS2)文本信息，可以被大多數(shù)的手機(jī)所顯示。

有兩種方式來發(fā)送和接收SMS信息，即文本模式或PDU模式，文本模式實(shí)際上也是PDU編碼的一種形式。在顯示SMS信息時(shí)，可以使用不同的字符集和不同的編碼方式，最常見的如“PCCP437”, “PCDN”, “8859-1”, “IRA” 和 “GSM”，這些都通過讀取應(yīng)用程序AT命令集中的AT+CSCS命令來指定。如果你想閱讀手機(jī)上的信息，手機(jī)會(huì)為你選擇一種合適的編碼，閱讀SMS消息時(shí)，要么使用文本模式，要么使用PDU模式，如果使用文本模式，系統(tǒng)將在綁定的一些可能編碼中選擇。如果使用PDU模式，就可以使用任何編碼方式。

1.3 GSM的PDU數(shù)據(jù)格式

本系統(tǒng)發(fā)送和接收SMS信息使用的是PDU模式。PDU相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)包，作為一種數(shù)據(jù)單元，它必須包含源/目的地址、保護(hù)(有效)時(shí)間、數(shù)據(jù)格式、協(xié)議類型和正文，正文長(zhǎng)度可達(dá)140字節(jié)，它們都以十六進(jìn)制表示。PDU的結(jié)構(gòu)根據(jù)短消息是由移動(dòng)終端發(fā)起還是以移動(dòng)終端為目的而有所不同。

當(dāng)由移動(dòng)終端發(fā)起時(shí)，PDU的格式為：

SMSCPDU類型MRDAPIDDCSVPUDLUD(0～140octed)

當(dāng)以移動(dòng)終端為目的時(shí)，PDU的格式為：

SMSCPDU類型MROAPIDDCSVPUDLUD(0～140octed)

其中，SMSC為短消息業(yè)務(wù)中心地址，DA/OA為源/目的地址，PID為協(xié)議識(shí)別，DCS為數(shù)據(jù)編碼，UDL為用戶數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，UD為用戶數(shù)據(jù)，VP為有效時(shí)間，MR指明是發(fā)出信息。

用PDU模式發(fā)送短消息數(shù)據(jù)包是以GSM03.04規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)的，其內(nèi)容依次為：短消息中心地址、PDU類型、消息附注、目的地址、協(xié)議鑒別符、數(shù)據(jù)編碼表、數(shù)據(jù)保存期、用戶數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、用戶數(shù)據(jù)等幾個(gè)部分組成。例如：發(fā)送信息“這是測(cè)試消息”給手機(jī)號(hào)碼為13407142230的用戶，其PDU字符串為：0891683108401505F011000D91683104172432F00008A90C8fd9662f6d4b8bd56d88606f

對(duì)這段PDU字符串的解析如表1所示：

表1 PDU碼的解析示例

2 報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的組成主要包括傳感器、單片機(jī)以及TC35i模塊。如圖2所示，是基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程無線GSM報(bào)警系統(tǒng)組成原理框圖。

圖2 GSM遠(yuǎn)程無線報(bào)警系統(tǒng)組成原理框圖

系統(tǒng)采用紅外線傳感器。紅外線傳感器是一種能夠檢測(cè)物體輻射紅外線并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的敏感器件，可分為兩類：一類是熱電型(熱敏)紅外傳感器；另一類量子型(熱電)紅外線傳感器。熱電型紅外線傳感器可作為人體檢出之用。例如人體的體溫為36℃～37℃，所放射出峰值為9～10μm的遠(yuǎn)紅外線；其他物體溫度熱至400℃～700℃時(shí)，可放射出峰值為3～5μm的中間紅外線。紅外檢測(cè)傳感器直接與單片機(jī)的外部中斷INT0端連接，通過傳感器輸出的高低電平變化觸發(fā)單片機(jī)的中斷響應(yīng)，單片機(jī)立即向TC35i芯片發(fā)送AT指令與報(bào)警信息。

2.1 單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用STC89C52RC單片機(jī)，只要在單片機(jī)和TC35i芯片的串口之間接入轉(zhuǎn)換芯片MAX232即可，電路如圖3所示。

2.2 TC35i外圍電路設(shè)計(jì)

TC35i外圍電路是一個(gè)獨(dú)特的40引腳的ZIF連接器，它能實(shí)現(xiàn)指令、數(shù)據(jù)、語音信號(hào)、控制信號(hào)的雙向傳輸及供電。ZIF連接器及50Ω天線連接器可分別連接SIM卡支架和天線。如圖4為TC35i的ZIF接口電路。

2.3 單片機(jī)與傳感器接口電路設(shè)計(jì)

紅外檢測(cè)傳感器信號(hào)輸出端通過一個(gè)非門電路與單片機(jī)的外部中斷INT0端口連接。當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)到有人進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域時(shí)，傳感器的輸出端將產(chǎn)生高電平輸出，經(jīng)過非門電路，單片機(jī)的INT0端口被置為低電平，此時(shí)，觸發(fā)單片機(jī)的INT0中斷，單片機(jī)將響應(yīng)此中斷。

圖3 TC35i串口電路 圖4 ZIF接口電路

3 報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程無線報(bào)警系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，其主要模塊有主程序，外部中斷服務(wù)子程序，短消息發(fā)送子程序等。

3.1 主程序流程圖

報(bào)警系統(tǒng)主程序流程圖如圖5所示。首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后等待系統(tǒng)的外部中斷0產(chǎn)生，如果有外部中斷，則發(fā)出報(bào)警信息或者撥打報(bào)警電話，最后對(duì)中斷標(biāo)志清零后返回。

3.2 短消息發(fā)送子程序流程圖

短消息發(fā)送是將待發(fā)送的短消息內(nèi)容發(fā)送到目的地址，發(fā)送時(shí)先賦值，即將對(duì)方號(hào)碼及待發(fā)送的消息內(nèi)容賦給交換變量；其次將交換變量中的信息處理成為PDU字符串；最后經(jīng)AT命令調(diào)用，即利用AT命令將待發(fā)送的PDU字符串通過TC35i模塊發(fā)送出去。對(duì)于編好的PDU字符串，可通過相應(yīng)的AT命令來實(shí)現(xiàn)短消息的發(fā)送。短消息發(fā)送流程圖如圖6所示。

圖5 主程序流程圖 圖6 短消息發(fā)送子程序流程圖

發(fā)送短消息的部分軟件設(shè)計(jì)如下：

void sendmd(uchar x) //發(fā)送控制字

{

SBUF=x;

While (TI==0);

TI=0;

}

void send(uchar *p) //發(fā)送字符串

{

uchar i;

while(*p!=′