课程设计论文-基于pic16f877的gsm短信收发系统设计

课程设计论文-基于pic16f877的gsm短信收发系统设计内容摘要：

成任务。 日常生活中它的应用表现在以下几个方面： （ 1） GSM 机房监控和远程维护管理应用 银行、储蓄点机房监控，电信机房动力环境监控；通信行业远端无人值守站机房监控和远程维护（如移动通信基站、微波站、光纤中继站）；其他无人值守点（如仓库、办公楼等）监控。 （ 2） GSM 移动车辆监控调度应用 公安、 1交警车辆监控调度；银行运钞车、邮政运输车监控调度；出租车管理调度；公交车辆调度和指示；集团车辆监控调度。 （ 3） GSM 无线接入系统应用 无线固定电话接入（ WLL）；无线磁卡电话；火车、汽车、轮 船等移动载体付费电话。 （ 4） GSM 移动性数据查询应用 移动性证券交易和信息查询；公安移动性数据（身份证、犯罪档案等）查询；交警移动性数据（车辆、司机档案等）查询；通信维护人员线 7 路资料查询；其他外勤人员移动性数据查询。 （ 5） GSM 城市公用事业实时监控维护应用 煤气调压站实时数据采集和自动控制；自来水、污水管网实时监控和维护；热力系统实时监控和维护；电力系统城市中电网实时监控和自动补偿。 （ 6）其他 GSM 应用领域 移动性书记和 Inter 接入；移动性办公及管理；工业遥感遥测遥控、信息回报。 （四）研究的主要内容和方法 目前的远程无线通信主要有以下两种：一种通信双方直接发送和接收对方的信号如对讲机、军用设备等；一种是通信双方间接通信，如现在最流行的 GSM 蜂窝网络，通过 GSM网络的短消息中心 (SMSC)这个实体存储转发来实现双方的通信。 本设计主要是智能监控模块设计的实现，与传统的监控产品相比较，在实现方法和对象上有很大的区别，可用图 1 来区别。 传统产品一般实现框架 ： 智能监控实现框架 ： 图 1 设计采用的实现框架 此次开发设计的系统具体研究内容是用手机实现远程监控开关量和模拟 量，控制主体是用户手机，即可以用一对一通信的方式，也可以用一对多的通信方式来实现，灵活实用。 现有的基于 GSM 网络的产品主要应用于信息采集系统、智能抄表系统、运钞车的集中监控、汽车车队的集中监控等方面，这些系统的监控中心是计算机系统，控制电路收发模块通过串口与计算机系统交换数据，将合法数据保存到数据库中，计算机系统一般采用客户机 /服务器方式，服务器负责处理客户机界面控制显示程序与数据库中数据之间的处理，但系统实现的方法比较复杂，实现成本昂贵。 本次设计的系统主要是对外界的数字量进行实时监控，通信的媒介是 GSM 网络，采用 SMS 进行数据交换， 使得 整个系统在价格、花销等方面都有很大的优势，在技术方面监控计算机 收发控制电路 收发单元 终端控制系统 无线通道 监控用户 手机 GSM GSMGS 无线MODEM M 网络 终端控制系统 无线通道 8 也基本上能够满足特定用户的需求 ， 具有比较广阔的市场前景。 设计中无线 MODEM 与市面的 GSM MODEM 相比有其自身的特点 :是面向用户的、面向底层字节流，便于用户完成基于底层的二次开发 ，因此，从用户利用的角度来看它的可应用性更加灵活，更能满足各种行业的需求。 （五）论文主要完成的工作 本课题将建立一个通过 GSM 短信息的收发和语音智能报警实现对外界的数字量和模拟量进行实时的监控的系统。 本课题的主要工作有： 完成监控主板的 硬件设计，即： 16F877A 的外围电路、 LCD 显示电路 完成基于 GSM 网络的智能监控模块的硬件设计，即： TC53i 模块电路、串行通信口电路 监控主板的设计。 GSM 网络的智能监控模块的软件设计。 通过整个系统进行分析，总结出系统块存在的问题，并对其进行改进。 二 、 总体方案设计 由于有线 Modem 的通信方式的局限性，以及随着 GSM 移动通信网络的迅速普及，利用 GSM 模块实现基于短消息的数据传输成为重要的远程数据传输解决方案。 目前实现短消息的发送主要有以下几种方法 : 通过移动网关发送短消 息，使用该方法不需要附加的硬件，但是需要到电信部门申请网关，成本高，软件复杂，比较适合于一些大型的网络通信公司进行开发； 通过网站上提供的短信发送功能来实现，比如新浪、网易都提供这方面的服务，这种方法是这 4 种方法中实现起来最简单，所需资源最少的，但是对于网站的依赖性太强，对网络的依赖同样无法避免，不适用于项目开发； 在相关的系统中使用手机模块代替手机来实现与短消息中心的联系，从而实现短消息的发送与接受。 使用手机模块利于系统集成，成本较低，而使用手机虽然也可以实现相应功能，但是需要外加数据线，成本相当 高。 在电脑上通过 GSMM ODEM 向手机发送中文短消息，这是目前比较适合于小项目开发的一种方法，所需硬件包括一款手机，提供 GSMMODEM 以及相应的数据线或是红外线适配器。 该方法编码简单，只需对 AT 指令和串口编程比较熟悉就可以实现，而且对 9 硬件需求不高，并能自动收发短消息，但是该方法对短消息收发的控制较弱，通用性不强；但对于自动采集数据后发送检测数据的智能系统来说该方法最为简单实用。 本设计选用 Microchip 公司的 PIC16F877 单片机和 Siemens 公司的最新一代 GSM 模块 TC35i，实现了一款 具有短信收发功能的 GSM modem 原型。 利用此 modem 原型，可以在应用系统之间以此 modem 和 GSM 网络为纽带，可以实现远地数据的传输。 如图 2所示。 发射部分 接收部分 图 2 系统总体结构框图 Microchip 公司的 PIC16F877 芯片为 40 个引脚 ，常用的封装形式为 PDIP40，在采用了数据总线与程序总线分开的方式进行运转 ， 其中数据总线为 8 位，程序总线为 14 位，而堆栈是由硬件的方式来实现的，具有 8 层 13 位的独立空间，既不占用程序存储器和数据存储 器的空际那，也不需要进行进栈和出栈之类的堆栈操作专用指令，并且整个程序存储器 Flash以 8K 14位 Flash 使得 PC 所产生的 13位地址最大可寻址空间为 8K 14 位，地址编码的最大范围为 0000H～ 1FFFH，在单片机的内部还集成了 14 个功能各不相同的模块使单片机的功能得到更多的扩展，这些设计在 大大简化 单片机的硬件结构的同时又充分发展了单片机的基本功能，在 提高系统的可靠性 和多功能性方面取得了长足的进步。 TC35i 通信模块具备 GSM 无线通信的全部功能，并提供标准的 UART 串行接口，支持 GSM 所定义的 AT 命令集的指令。 因此， MCU 能够非常方便地通过 UART 接口与 GSM 模块连接，并直接使用 AT 命令就可以方便简洁地实现短信息的收发、查寻和管理。 本系统利用短消息实现远程数据传输应用，具有以下特点： 利用移动通信网络覆盖面广、网络设施完备的整体优势，不再需投资基础设施、随时随地实现 “ 个性化 ” 的服务； GSM 网络 PIC16F877 LCD显示 GSM 通信模块 监控中心 服务器 短信采集 PIC16F877 短信采集 GSM 通信模块 监控中心 服务器 LCD显示 10 实施与运行费用低，只需增加终端控制系统，运行时，短消息实行包月制或按每条(选用中国移动 )元计费，整体费用低； 可以实现在无人情况、环境恶劣、超远距离的情况下控制信息的收集和传送，硬件的 品质保证了通信安全可靠； 系统应用独立性好，利用单片机控制 TC35i 模块，在一定范围内，如果要实现不同的应用，只需要对前台软件做一定修改。 三 、 硬件部分设计 系统分为监测中心站和远程监测分站两个部分：监测中心站主要由监测中心站服务器、 GSM 无线通信模块、数据库系统及其应用软件组成；远程监测分站 主要由单片机PIC16F877 及外围电路、显示电路 LCD、串行通信电路以及 GSM 无线通信模块（ TC35i）组成。 监测中心控制 GSM 无线通信模块收发短消息，然后对数据进行显示。 （一）单片机 PIC16F877A 基本电路设计 该系统 的 MCU 采用的是 Microchip 公司生产的 PIC16F877 单片机。 这个单片机的硬件系统设计简洁，并且堆栈采用硬件方式，这样就省略了专用的堆栈指令使得指令系统也得到了精练，其功率消耗极低，驱动能力强，使它能和多种外部电路模块结合使用。 此外它与其他的单片机最大的不同之处在于采用了哈佛总线结构，在芯片内部将数据总线和指令总线分离，并且采用不同的宽度（数据总线 8 为，指令总线 14 位）进行处理。 如图 3所示。 图 3 PIC16F877外围电路原理图 11 （二）单片机与 LCD 显示电路的设计 LCD 显示电路 是用 1602 芯片 PIC16F877 单片机共同完成的， LCD1602 能显示数字、英文、标点符号的显示芯片，它内部有自己的显示表格能自动查表显示出接收到的数据，PIC16F877 对其控制相对简单，符合本设计要求。 LCD1602 芯片各个管脚的功能 如 表 1所示 ，其与 PIC16F877 单片机的电路连接原理图 如 图 4 所示。 表 1 LCD1602的各个 管脚对应功能表 引脚名 引脚序号 引脚类型 功能说明 VSS 1 P 电源地 VDD 2 P 电源正极 VL 3 I/O 液晶显示偏压信号 RS 4 I/O 数据 /命令选择端（ H/L） R/W 5 I/O 读 /写选择端（ H/L） E 6 I/O 使能信号 D0 7 Data I/O 数据端 D1 8 Data I/O 数据端 D2 9 Data I/O 数据端 D3 10 Data I/O 数据端 D4 11 Data I/O 数据端 D5 12 Data I/O 数据端 D6 13 Data I/O 数据端 D7 14 Data I/O 数据端 BLA 15 P 背光源正极 BLK 16 P 背光源负极 图 4 PIC16F877与 LCD1602显示 电路原理图 12 （ 三 ）单片机与 MXA232 串行通信电路的设计 采用 MAX232 作为 串行通信的 电平转换电路， 实现数据的串行通信功能，不但硬件电路简单，而且 PIC16F877 对其的控制也易于实现，符合设计要求。 MAX232 芯片与PIC16F877 单片机的电路连接原理图 如图 5 所示。 图 5 MAX232与 PIC16F877外围电路原理图 （ 四 ） TC35i 通信模块 1. GSM 模块 TC35i 介绍 随着通信事业的发展，移动通信应用领域的不断扩大，移动终端的设计也逐渐倍受关注。 这一章将详细介绍 Siemens 公司的 GSM 模块 TC35i、 TI 公司的电平转换芯 片MAX3238 等器件，及其构成的移动终端的硬件电路。 该电路可以完成短消息收发、语音传输 、 与 PC 机进行数据传输等功能，已应用在基于 GSM 短消息的 GPS 车辆监控系统中。 （ 1） TC35i 无线模块 目前 ,国内常用的 GSM 模块有 Wavee 的 WMO2 系列、 Fal 的 A2D 系列、爱立信的 DM10/DM20 系列、中兴的 ZXGM18 系列和西门子公司的 TC35 系列等，这些模块的功能和用法差别不大 ,但各有所长。 其中西门子公司的 TC35 系列模块性价比很高，并且已经有国内的无线电设备入网证。 所以本课题就是选用西门子 GSM 通信模块 TC35 系列的蜂窝通信引擎 TC35i。 这是西 门子推出的最新的无线模块，功能上与 TC35 兼容，设计紧凑，大大缩小了用户产品的体积。 最初设计 TC35i 模块用于高速 M2M 系统，现在正被应用在更广阔的领域，例如测量和远程维护，交通系统，仓储运输，保安系统，无线网关及接入设备，自动售货机，卫生保健和建筑技术等。 13 （ 2） TC35i 主要特性及技术指标 TC35i 是一个支持中文短信息的工业级 GSM 模块 ,高集成度的尺寸为36mm， 质量为 9g。 工作在 EGSM900MHz 和 GSM1800MHz(phase 2/2+) 双频段 ,电源范围为 ～ V ,为单一电压，可传输语音和数据信号 , 功耗在 EGS900 (4 类 ) 和 GSM1800 (1 类 ) 分别为 2 W 和 1 W ,通过接口连接器和天线连接器分别连接 SIM卡读卡器和天线， SIM 电压为 3V/。 电流消耗 休眠状态为 ,空闲状态 （ 待机模式 ） 25mA， 发射状态 （ 通话模式 ） 300mA（ 平均 ） ， 峰值。 温度范围 正常操作 2。