摘  要： 研究了GSM MODEM、GPS模塊和Atmega128單片機(jī)的通信，闡述了GSM MODEM收發(fā)信息的基本原理以及通過單片機(jī)控制GSM MODEM收發(fā)信息和接收GPS信息的基本過程。介紹了以單片機(jī)為主的硬件電路以及軟件實(shí)現(xiàn)過程，詳細(xì)分析了程序設(shè)計(jì)的流程。
關(guān)鍵詞： GSM MODEM；GPS；Atmega128單片機(jī)

　在惡劣的自然條件下，實(shí)施人工作業(yè)有很大的危險(xiǎn)性，雖然有時(shí)可以由機(jī)器人來代替人，但機(jī)器人造價(jià)昂貴，因而研究一款造價(jià)低廉而又實(shí)用的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)具有重大意義。
　GSM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積的增加，使其在遙測(cè)、遙控、數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。單片機(jī)與短信貓(GSM MODEM)的通信在GSM的應(yīng)用中占據(jù)重要位置，GPS應(yīng)用的普及使得遠(yuǎn)程控制及定位得以實(shí)現(xiàn)。本文給出了GSM MODEM、GPS模塊和Atmegal系列單片機(jī)的硬軟件設(shè)計(jì)，并介紹了整個(gè)模塊的編程實(shí)現(xiàn)過程。
1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
1.1 Atmega128單片機(jī)簡(jiǎn)介
　Atmega128單片機(jī)是一款基于AVR內(nèi)核、采用RISC結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)型低功耗CMOS 8 bit微控制器；其大部分指令在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成，因此具有1 MIPS/MHz的數(shù)據(jù)吞吐率；具有優(yōu)化的功率消耗結(jié)構(gòu)，在功耗相對(duì)較少的情況下可以進(jìn)行復(fù)雜的處理。
1.2 單片機(jī)控制GSM MODEM的原理
1.2.1 AT指令簡(jiǎn)介
　AT指令就是帶有串行口的設(shè)備操作GSM MODEM或手機(jī)的指令集。每個(gè)AT指令都以AT+開頭，以回車換行為結(jié)尾。每個(gè)命令執(zhí)行成功與否都有相應(yīng)的信號(hào)返回。本文僅簡(jiǎn)單介紹將設(shè)備所用到的與發(fā)送和接收信息相關(guān)的AT指令[1]。
1.2.2 與GSM MODEM相關(guān)的AT指令
　GSM MODEM與單片機(jī)或終端之間通過串行口RS-232C連接。多數(shù)GSM MODEM使用AT指令來設(shè)置參數(shù)。為避免在程序運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題，致使GSM MODEM不能正常工作，本文用計(jì)算機(jī)中的超級(jí)終端來對(duì)其進(jìn)行設(shè)置。下面是常用的與短信數(shù)據(jù)通信開發(fā)相關(guān)的幾條主要的AT指令[2-4]。
　AT+CMGF：選擇對(duì)短消息控制的模式(0—PDU；1—文本)；
　AT+CMGS：發(fā)送短消息；
　AT+CMGR：讀短消息；
　AT+CMGL：列出SIM卡中的短消息；
　AT+CMGD：刪除短信息(刪除一條或多條短信息)。
1.2.3 對(duì)短消息控制的三種模式
　對(duì)短消息控制共有三種模式：(1)基于AT命令的Text Mode；(2)Block Mode；(3)基于AT命令的PDU Mode。使用Block Mode需要手機(jī)生產(chǎn)廠家提供驅(qū)動(dòng)支持，目前PDU Mode已取代Block Mode，而Text Mode相對(duì)比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用較為方便，可以滿足本設(shè)備的需求。故本設(shè)備將GSM MODEM設(shè)置為Text Mode。
1.3 單片機(jī)與GSM MODEM的連接
　由于GSM MODEM提供的接口是標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C接口，采用EIA-RS-232C電平。而單片機(jī)使用TTL電平，與EIA-RS-232C電平不兼容，因此，需要在單片機(jī)和GSM MODEM之間連接電路實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。一般用芯片MAX232來實(shí)現(xiàn)EIA-RS-232C與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換。
　MAX232芯片是Maxim公司生產(chǎn)的，包含二路接收器和驅(qū)動(dòng)器，適用于各種EIA-RS-232C和V．28／V．24的通信接口。MAX232芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，可以把輸入的+5 V電源電壓變換成RS-232C輸出電平所需的±10 V電壓，其工作電壓為+5 V。
　本文單片機(jī)屬于主控設(shè)備，用串口與GSM MODEM連接過程中需要注意接線的方法。GSM MODEM的串口將RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)定義的所有信號(hào)線都用到了，并且是按照DTE和DCE之間信息交換協(xié)議的要求進(jìn)行連接的，使用時(shí)只不過是把DTE發(fā)出的信號(hào)當(dāng)作對(duì)方DCE發(fā)來的信號(hào)。因此，把這種連接稱為雙叉環(huán)回接口。單片機(jī)與GSM MODEM的串口連接如圖1所示。

2 設(shè)備功能分析以及各模塊的編程實(shí)現(xiàn)
2.1 設(shè)備功能分析
　本設(shè)備主要是完成對(duì)SMS短消息的接收及分析，并執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作和發(fā)送反應(yīng)信息完成對(duì)目標(biāo)的遠(yuǎn)程控制。當(dāng)需要提供地理信息時(shí)將連接GPS的串口打開，接收GPS信息。具體功能如下：
　(1)模塊開機(jī)后能夠隨時(shí)接收來自主控系統(tǒng)按照協(xié)議發(fā)送的信息。
　(2)設(shè)定一定的時(shí)間對(duì)存儲(chǔ)卡內(nèi)的信息內(nèi)容進(jìn)行篩選解讀分析，做出相應(yīng)的處理。
　(3)如果需要設(shè)備的地理信息，將連接GPS的串口打開接收GPS數(shù)據(jù)信息。
系統(tǒng)的工作流程圖如圖2所示。

2.2 設(shè)備各模塊的編程實(shí)現(xiàn)
　按照設(shè)備的功能要求，將設(shè)備分為以下幾個(gè)部分。
2.2.1 初始化模塊
　初始化主要包括：
　(1)單片機(jī)的初始化。對(duì)單片機(jī)的串口進(jìn)行設(shè)置，打開兩個(gè)串口中斷允許位，設(shè)置波特率，用于與GSM MODEM和GPS進(jìn)行通信[5-6]。
　(2)GSM MODEM的初始化。對(duì)GSM MODEM的工作方式進(jìn)行設(shè)定(包括關(guān)回顯)，以方便程序運(yùn)行。具體程序如下：
　const char ATE0[]="ATE0\r\n"；//定義關(guān)回顯指令
　COM_rx_reset( )；            //復(fù)位串口
　COM_putsf(ATE0)；        //關(guān)回顯
　其他的工作方式可由計(jì)算機(jī)的超級(jí)終端進(jìn)行設(shè)置，可以一直保存設(shè)置。而GPS模塊則利用自身的默認(rèn)設(shè)置。
2.2.2 短信息的發(fā)送和接收?qǐng)?zhí)行模塊
　短信息的發(fā)送需要運(yùn)用AT指令將要發(fā)送的內(nèi)容通過串口發(fā)送給GSM MODEM模塊。在短信發(fā)送中，只向主控機(jī)發(fā)送所要求的信息內(nèi)容，因此通信地址固定添加主控機(jī)的地址即可。發(fā)送信息的功能函數(shù)程序如下：
　COM_rx_reset( ) ；         //復(fù)位串口
　COM_putsf(AT_CMGS) ； //發(fā)送AT控制指令
　COM_putsf(Mp1_Hand)； //添加通信地址
　COM_putsf(CRLF)；       //回車換行
　while(1)           
　  {  
　   if( ACK_ON(READY_))  //檢測(cè)模塊握手信號(hào)
　         {break；}
　   }                               
　delay_1ms (200) ；         //延時(shí)200 ms
　COM_puts(msg) ；        //輸入信息內(nèi)容
　COM_putsf(END_MESS) ； //輸入信息內(nèi)容結(jié)束
　COM_putsf(CRLF)；       //回車換行
　短信息的接收可以采用中斷方式和定時(shí)查詢方式。中斷方式是：如果有新信息到達(dá)，單片機(jī)就會(huì)收到下列提示：+CMTI：”SM”，<index>。
　可以通過檢測(cè)串口是否收到“+CMTI”來判斷新信息的到達(dá)，以采取相應(yīng)的動(dòng)作。采用定時(shí)查詢的方式接收新信息，也就是將手機(jī)卡內(nèi)的全部信息用指令A(yù)T+CMGL=”ALL”列出來并放入rx_buffer[RX_BUFFER_SIZE]中?？紤]到多條信息的到來會(huì)丟失信息，所以本系統(tǒng)采用的是定時(shí)查詢方式。相應(yīng)的程序如下：
　COM_rx_reset( )；
　COM_putsf(AT_CMGL)；
　COM_putsf(CRLF)；
　列出來的內(nèi)容需要進(jìn)行合法信息篩選，即把每條信息的index提取出來，將提取的合法信息內(nèi)容和index存起來，然后一一進(jìn)行處理，并將已讀信息刪除(務(wù)必要進(jìn)行刪除信息的工作，不然會(huì)對(duì)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性造成影響)。
2.2.3 GPS模塊的數(shù)據(jù)接收
　GPS模塊可以采用對(duì)連接GPS的串口進(jìn)行開關(guān)而控制。GPS信號(hào)有二進(jìn)制和ASCII兩種，本文主要采用ASCII，即NMEA0183格式[7-8]。GPS-OME板輸出帶有各種功能的數(shù)據(jù)語句，如$GPGGA、$GPGSV、$GPRMC等，其中以$GPRMC定位數(shù)據(jù)最為常用，其數(shù)據(jù)的一般格式為：
$GPRMC，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<11>，*hh
    其中，<1>為當(dāng)?shù)匚恢玫腢TC時(shí)間(hh：mm：ss)；<2>為接收狀態(tài)，即顯示出“A”為位置有效，“V”為位置非有效接收警告(在當(dāng)前天線視野上方的衛(wèi)星個(gè)數(shù)少于3顆時(shí))；<3>為實(shí)際緯度；<4>表示半球緯度N或者S；<5>為實(shí)際經(jīng)度；<6>表示半球經(jīng)度E或者W；<7>為GPS屬性指示；<10>表示當(dāng)?shù)氐暮０胃叨?。格式中未解釋的?xiàng)本文不用。
　在連接GPS的串口中斷服務(wù)程序中只要將帶有“$GPRMC”的那一條語句提取出來就可以了。
本文以單片機(jī)串口通信技術(shù)和GSM MODEM短消息傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)，針對(duì)遠(yuǎn)程控制定位的需求，開發(fā)了一種對(duì)數(shù)據(jù)采集終端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和定位的解決方案以及具體實(shí)現(xiàn)過程，為遠(yuǎn)程終端控制應(yīng)用提供了技術(shù)參考，具有一定的理論和實(shí)際意義。
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