摘  要: 介紹用MCS-51系列單片機(jī)" title="單片機(jī)">單片機(jī)控制手機(jī)收發(fā)短信息的原理、硬件電路、PDU" title="PDU">PDU數(shù)據(jù)格式和符合GSM" title="GSM">GSM07.05協(xié)議要求的短信息發(fā)送/接收程序,同時(shí)給出了一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。

　　關(guān)鍵詞: 單片機(jī)  短信息  PDU  GSM  接口

 　　GSM(Global System for Mobile communication)系統(tǒng)是目前基于時(shí)分多址技術(shù)的移動(dòng)通訊體制中比較成熟、完善、應(yīng)用最廣泛的一種系統(tǒng)。目前已建成的覆蓋全國(guó)的GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng),是我國(guó)公眾移動(dòng)通信網(wǎng)的主要方式。主要提供話音、短信息、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)?；贕SM短消息功能可以做成傳輸各種檢測(cè)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信號(hào)和控制命令的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，能廣泛用于遠(yuǎn)程監(jiān)控、定位導(dǎo)航、個(gè)人通信終端等。由于公眾GSM網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，建立上述系統(tǒng)不須再組建專用通信網(wǎng)絡(luò),所以具有實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)功能的短消息應(yīng)用將得到迅速普及。

　　目前,人們?cè)O(shè)計(jì)的各類DTE設(shè)備基本上以微處理器為核心,帶有RS232/RS485等通信接口" title="接口">接口,在物理層上很容易實(shí)現(xiàn)與GSM設(shè)備(如手機(jī)等)的連接。但對(duì)SMS協(xié)議的研究文獻(xiàn)卻較少,特別是用單片機(jī)控制手機(jī)的SMS(Short Message Service)收發(fā)的研究更少。筆者在用單片機(jī)設(shè)計(jì)基于GSM的SMS數(shù)據(jù)采集器時(shí),對(duì)怎樣用單片機(jī)控制手機(jī)收發(fā)短信息進(jìn)行了探討。

1 串口控制SMS的工作原理

　　單片機(jī)與手機(jī)一般采用串行異步通信接口,具有紅外和通信電纜兩種連接方式,通信速度可設(shè)定,通常為19200bps。采用紅外接口的優(yōu)點(diǎn)是單片機(jī)系統(tǒng)與手機(jī)電氣隔離,相互不干擾,接口各自獨(dú)立,使用方便;缺點(diǎn)是通信距離較短,紅外傳播的方向性對(duì)接口相對(duì)位置有要求。采用電纜連接時(shí),數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃暂^好;其主要缺點(diǎn)是接口的電氣參數(shù)不兼容,設(shè)計(jì)不當(dāng)時(shí)會(huì)對(duì)手機(jī)的通信質(zhì)量產(chǎn)生影響。筆者經(jīng)過(guò)實(shí)踐設(shè)計(jì)的接口電平轉(zhuǎn)換電路如圖1。

　　GSM的短信息業(yè)務(wù)SMS利用信令信道傳輸,這是GSM通信網(wǎng)所特有的。它不用撥號(hào)建立連接,把要發(fā)的信息加上目的地址發(fā)送到短信息服務(wù)中心,經(jīng)短消息服務(wù)中心完成存儲(chǔ)后再發(fā)送給最終的信宿。所以當(dāng)目的GSM終端沒開機(jī)時(shí)信息不會(huì)丟失。每個(gè)短消息的信息量限制為160字節(jié)。

　　現(xiàn)在市場(chǎng)上大多數(shù)手機(jī)均支持GSM07.05規(guī)定的AT指令集。該指令集是ETSI(歐洲通信技術(shù)委員會(huì))發(fā)布的,其中包含了對(duì)SMS的控制。利用GSM手機(jī)的串行接口,單片機(jī)向手機(jī)收發(fā)一系列的AT命令,就能達(dá)到控制手機(jī)收發(fā)SMS的目的。ETSI 的GSM07.05中用于SMS收發(fā)控制的主要AT命令見表1,AT指令的詳細(xì)說(shuō)明請(qǐng)見文獻(xiàn)[4]。

　　GSM手機(jī)通過(guò)異步通信接口實(shí)現(xiàn)對(duì)SMS的控制共有三種接入?yún)f(xié)議:Block Mode;基于AT命令的Text Mode;基于AT命令的PDU Mode。PDU模式是發(fā)送或接收手機(jī)SMS信息的一種方法,短信息正文經(jīng)過(guò)十六進(jìn)制編碼后被傳送。目前,PDU Mode應(yīng)用最為廣泛,基本上全國(guó)所有的電信局都提供支持PDU Mode的短消息業(yè)務(wù)。有些地方則不支持Text Mode和Block Mode,這就限制了這兩種接入?yún)f(xié)議的應(yīng)用,而且PDU Mode已有取代Block Mode的趨勢(shì)。為了保證系統(tǒng)具有廣泛的適用性,本文采用PDU模式收發(fā)SMS。

　　PDU相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)包，它由構(gòu)成短消息(SMS)的信息組成。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結(jié)構(gòu)根據(jù)短消息由移動(dòng)終端發(fā)起或以移動(dòng)終端為目的而不同。

　　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，SCTS指明短消息到達(dá)業(yè)務(wù)中心的時(shí)間。

2 PDU格式下短信息的接收

　　根據(jù)設(shè)置不同,手機(jī)將收到的短消息保存在緩存單元或存入SIM卡,單片機(jī)從手機(jī)中接收短消息實(shí)質(zhì)上就是從SIM或緩存中讀出信息。這主要利用AT+CMGR和AT+CMGL兩條指令來(lái)完成,其工作過(guò)程見圖2。

　　由于不同的廠商對(duì)AT指令集的解釋代碼和響應(yīng)信息不一樣,所以單片機(jī)首先要確認(rèn)能否與手機(jī)建立起通信,一般用ATE指令完成此確認(rèn);然后用AT+CMGF指令選定短消息的數(shù)據(jù)格式;在收到手機(jī)的正確回答后以AT指令完成讀出功能。一般用AT+CMGL讀取以前的信息,在收到手機(jī)的RING(振鈴)數(shù)據(jù)時(shí),用AT+CMGR讀取實(shí)時(shí)信息。

　　以下是筆者設(shè)計(jì)的物流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中用到的接收SMS的一個(gè)實(shí)例,它說(shuō)明了PDU模式的應(yīng)用。單片機(jī)發(fā)送和接收(手機(jī)回答)均為ASCII碼。所用手機(jī)為SIEMENS S3508i。

　　操作過(guò)程如下({}內(nèi)為注釋):

       發(fā)送:ATE

       手機(jī)回答:OK           {已建立聯(lián)接}

       發(fā)送:AT+CMGF=0      　{選用PDU格式}

       手機(jī)回答:OK      　　 {允許選擇PDU格式}

       發(fā)送:AT+CMGL=2        {列出已有的短信息}

　　手機(jī)回答:+CMGL:1，2，，24{1表示信息個(gè)數(shù),2表示未發(fā)信息,24表示信息總?cè)萘縸

0D91683108370105F004000D81683179133208F10000026080410033802632184CF682D95E0DC2B36D3D170A0243106933D97A0243106933D97A02451068B1983492608

OK

　　以上這組PDU格式的十六進(jìn)制字符串,不但包含了短消息的內(nèi)容,同時(shí)包含了發(fā)送者的手機(jī)號(hào)碼、短信息中心號(hào)碼、短消息發(fā)送時(shí)間等。

　　下面對(duì)信息內(nèi)容進(jìn)行分析:

　　0D：短信息中心地址(號(hào)碼)長(zhǎng)度。

　　91：短信息中心號(hào)碼類型,91是TON/NPI。TON/NPI遵守International/E.164標(biāo)準(zhǔn),指在號(hào)碼前需加‘+’號(hào)；此外還可有其他數(shù)值,但91最常用,詳見文獻(xiàn)[1]、[2]。

　　683108370105F0:SMSC 短信息所使用的服務(wù)中心號(hào)碼13807310500。它經(jīng)過(guò)十六進(jìn)制以字節(jié)為單位的高低半字節(jié)換位處理,號(hào)碼是奇數(shù)的添F,構(gòu)成一個(gè)HEX字節(jié)。

　　04：PDU類型,文件頭字節(jié),詳見文獻(xiàn)[2]、[4]。

　　0B：主叫號(hào)碼長(zhǎng)度。

　　81：主叫號(hào)碼類型。

　　3179133208F1：OA主叫號(hào)碼,也經(jīng)過(guò)了處理,實(shí)際號(hào)碼為13973123801。

　　00： PID,為協(xié)議標(biāo)識(shí)。

　　00：DCS短信息編碼類型是GSM Default Alphabet,即由7位ASCII碼移位組成8位十六進(jìn)制碼(octet),其方法見表2。

　　02608041003380:SCTS 短信息發(fā)送時(shí)間,02/06/08/14?:00:33.08。

　　26:UDL經(jīng)處理后的8位碼(octet)短信息字節(jié)長(zhǎng)度,它小于短消息ASCII碼的長(zhǎng)度。

　　32184CF682D95E30DC2B36D3D170A0243106933D97A0243106933D97A02451068B1983492608:UD 編碼后的PDU數(shù)據(jù),短信息內(nèi)容“2002/06/08/13:48ID102OK ID103OK ID201FAIL”。

3 短信息的發(fā)送

　　與接收短消息一樣,發(fā)送時(shí)也要先建立聯(lián)接,傳送一些初始化指令,然后發(fā)送短消息內(nèi)容。下面是用SIEMENS S3508i發(fā)送一個(gè)短信息的例子，內(nèi)容為:“2002/06/08/13:48 ID102OK ID103OK ID201FAIL”。其ASCII碼為:“323030322F30362F30382F31333A343820

    49443130324F4B2049443130334F4B2049443230314641494C20”。

    發(fā)送:ATE             {請(qǐng)求建立聯(lián)接}

    手機(jī)回答:OK          {已建立聯(lián)接}

    發(fā)送:AT+CMGF=0       {選擇 PDU 模式}

    手機(jī)回答:OK

    發(fā)送:AT+CSMS=0       {檢測(cè)手機(jī)是否支持SMS命令}

    手機(jī)回答:OK

    發(fā)送:AT+CMGS=52      {發(fā)送短信息， 52 octets (不包括最初9個(gè)短信息信元字節(jié))}

    手機(jī)回答:>           {允許上傳數(shù)據(jù),ASCII碼是(＄20H，＄2EH)}

    發(fā)送:0891683108701305F011000B813179133208F100

    00AA2632184CF682D95E30DC2B36D3D170A0243106933D97A0243106933D97A02451068B19834926081A

    不計(jì)最初9個(gè)短信息信元字節(jié),本短信息有52字節(jié)(104個(gè)字符)。AT+CMGS僅說(shuō)明了SMSC 信息內(nèi)容的長(zhǎng)度,在收到手機(jī)回答的>符號(hào)后才發(fā)送PDU數(shù)據(jù)串,并以(CTRL^Z)結(jié)束。

　　PDU數(shù)據(jù)串的內(nèi)容說(shuō)明如下:

　　08:短信息信元SMSC(短信息中心號(hào)碼)的字節(jié)長(zhǎng)度

　　91:短信息中心號(hào)碼類型,91表明中心號(hào)碼是國(guó)際通用電話號(hào)碼。

　　683108701305F0:短信息中心號(hào)碼:8613807310500。

　　11:PDU SMS發(fā)送的文件頭字節(jié)。這里11指正常發(fā)送短信息,詳見文獻(xiàn)[1]。

　　00:信息類型。這里00指讓手機(jī)自動(dòng)加上主叫號(hào)碼。

　　0B:被叫號(hào)碼長(zhǎng)度。

　　81:被叫號(hào)碼類型。

　　3179133208F1:被叫號(hào)碼 13973123801。

　　00:協(xié)議標(biāo)識(shí),詳見文獻(xiàn)[2]。

　　00:短信息編碼類型是GSM Default Alphabet。

　　AA:短信息被保留的時(shí)間為4天,其計(jì)算方法依照表3。

　　26:PDU格式短信息編碼后字節(jié)長(zhǎng)度。

　　32184CF682D95E30DC2B36D3D170A0243106933D97A0243106933D97A02451068B1983492608:編碼后的PDU數(shù)據(jù),短信息內(nèi)容為：“2002/06/08/13:48ID102OK ID103OK ID201FAIL”。

　　1A:ASCII碼CTRL^Z:報(bào)文結(jié)束標(biāo)志。

4 應(yīng)用情況及常見主要問(wèn)題的解決

　　筆者用MCS-51系列的單片機(jī)研制了一個(gè)手持式的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品,通過(guò)SIEMENS手機(jī),利用GSM的SMS傳輸數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)在國(guó)內(nèi)多個(gè)省市較大數(shù)量長(zhǎng)期廣泛的使用,性能良好,沒有出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象。證明上述設(shè)計(jì)是正確的。但在調(diào)試和試用階段也遇到了如下問(wèn)題:

　　(1)接口電平

手機(jī)的電纜接口電平一般是3V左右,單片機(jī)系統(tǒng)的工作電壓一般為2.7～5.5V,范圍較寬,為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_,需在接口加電平限制電路,詳見圖1。

    (2)部分城市無(wú)法使用

一些城市的SMS平臺(tái)不允許使用缺省短消息服務(wù)中心號(hào)碼的協(xié)議,只需在發(fā)送的PDU數(shù)據(jù)前面幾個(gè)字節(jié)加上中心號(hào)碼即可,詳見本文發(fā)送實(shí)例。

    (3)不能接收已正確發(fā)送的短消息

　　除GSM的SMS信道擁塞原因外,主要是PDU中PID字節(jié)的設(shè)置,使得收到的信息要存入SIM卡,而SIM卡已滿,故不再接收信息。改變PID的設(shè)置即可。

　　(4)收不到開機(jī)前的短消息

　　主要是發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),對(duì)短消息有效時(shí)間VP值設(shè)置不當(dāng)造成的。

參考文獻(xiàn)

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