基于gsm短信模块的单片机开发家庭防盗报警系统的研究与开发

基于gsm短信模块的单片机开发家庭防盗报警系统的研究与开发内容摘要：

Mobile mmunications)系统是欧洲邮电管理委员会（ CEPT）下属的移动通信特别小组 ,从 1992 年起开始制定 ,并在 1998 年颁布实施的新的数字式蜂窝移动通信标准 ,也即我们目前所说的第二代移动通讯技术。 它是目前基于时分多址技术的移动通讯体制中比较成熟、完善、应用最广泛的一种系统。 目前已建成的覆盖全国的GSM 数字蜂窝移动通信网 ,是我国公众通信网的主要方式。 短消息服务 (SMS) 是 GSM 技术应用的一项重要内容 ,它具有一些突出特点如 :一次可传输 140 byte 的数据 ,数据的内容可以是字符或数字。 可以在 GSM 网络内端对端传输 ,还可以从 GSM 网络外 (如互联网 ) 发送短消息给一个端点站。 短消息通过设在移动通信部门的短消息中心 (MSC) 用 GSM 系 统的信令信道传送 ,与语音信道不冲突 ,即使终端处在通话状态下也可进行传送。 在短消息传送过程中 ,不进行呼叫连接建和释放的过程。 MSC 具有短消息的存储功能 ,在终端设备关机时 ,可以保持消息在一定时间内有效等。 利用这些特点 ,及其双向传输的性能 , 可方便地实现对于采集站设备的信息采集和远程控制 , 即实现遥测和遥控。 GSM MODEM：一般也叫做短信猫，从英文名翻译过来，其实就是支持 GSM制式通讯的调制解调器，所以，短信猫还有很多别称，如 GSM猫，无线猫，短信模块， GSM短信模块等。 因为大部分客户都是拿着 GSM MODEM去收发短信，也就是在行业应用市场上， GSM MODEM最大的用途是用来收发短信，因此，大多数人还是称之为短信猫。 短信猫其实是一种支持 GSM无线通讯的工业级调制解调器，一般基于法国 WAVECOM或德国 SIEMENS（西门子） GSM模块，插入国内移动通信运营商的 SIM卡后即可接入运营商 GSM网络，实现无线 GSM通话、短信、数据等功能。 GSM MODEM 的 基本原理 江汉大学 2020届本科生毕业论文 10 短信猫 （ GSM MODEM） 的核心模块实际上就是手机的核心模块。 作为 GSM MODEM的最大供应商，法国 WAVECOM 和德国的 SIEMENS（西门子）公司，实际上也是 GSM手机的重要模块供应商。 因此，当短信猫接通电源以后， GSM MODEM 的内置软件就开始工作，如果插入了某个移动运营商的 SIM 卡， GSM MODEM 便完全就和手机一样接入到移动通信网中去了。 同时，计算机可以通过串口连接 GSM MODEM，比如通过超级终端，就可以连接到 GSM MODEM 的用户界面，通过一套 AT 指令，便可以操作 GSM MODEM，可以收发短信，其实也可以拨打电话、收发传真等等。 GSM Modem的主要功能 ； 小批量数据传输； （ GSM 电话）； ； （自动应答型）。 GSM Modem模块的选择 概述 短信息服务作为 GSM网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视。 本设计以 GSM网络作为数据无线传输网络，可以开发出多种前景极其乐观的各类应用。 典型的应用有：变电站、电表、水塔、水库或环保监测点等监 测数据的无线传输和无线自动警报；远程无线控制高压线路断电器、加热系统、防洪拦阻系统或其它机电系统的启动和关闭；车队交通管理和控制指挥系统；控制和监测香烟、食品和饮料自动售货机的运行状态和存货水平等。 这里选用 GSM模块 TC35i，给出其和 PC机的通信电路；同时，也给出与单片机 Cyganal C8051F020制成一款无线 Modem，与 PC机协同收发短信，在 PC和应用系统之间以此 Modem和 GSM网络为纽带，实现远地数据的传输。 其工作模式如图 图 2所示。 江汉大学 2020届本科生毕业论文 11 TC35i模块 目前，国内已经开始使用的 GSM模块有 Fal的 A2 D系列、 Wavee的 WMO2系列、西门子的 TC35系列、爱立信的 DM10/DM20系列、中兴的 ZXGM18系列等，而且这些模块的功能、用法 差别不大。 其中西门子的 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。 所以本设计选用的是西门子 TC35系列的 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。 TC35i与 GSM 2/2+兼容、双频 (GSM900/GSMl800)、 RS232数据口、符合 ETSI标准 GSM0707和 GSM0705，且易于升级为 GPRS模块。 该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的 AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的 应用开发及设计。 GSM Modem 的 主要技术指标 TC35i主要特性与技术指标包括以下几点： ① 频段为双频 GSM900MHz和 GSMl800MHz (phase 2/2+)； ② 支持数据、语音、短消息和传真； ③ 高集成度 (36mm)； ④ 质量为 9g； ⑤ 电源电压为单一电压~； ⑥ 可选波特率 300bps~115kbps，动波特率 ~115kbps； ⑦ 电流消耗 ——休眠状江汉大学 2020届本科生毕业论文 12 态为 ，空闲状态为 25mA，发射状态为 300mA(平均 )， ； ⑧ 温度范围 ——正常操作 20℃ ~+55℃ ，存放 30℃ ~+85℃ ； ⑨ SIM电压为 3V/。 TC35i有 40个引脚，通过一个 ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座 )连接器引出。 这 40个引脚可以划分为 5类，即电源、数据输入 /输出、 SIM卡、音频接口和控制。 第 1~14脚 为电源部分： 1~5为电源电压输入端 Vbatt+， 6~10为电源地 GND， 1 12为充电引脚， 13为对外输出电压 (共外电路使用 )， 14为 ACCUTEMP接负温度系数的热敏电阻。 24~29为 SIM卡引脚，分别为 CCIN、 CCRST、 CCIO、 CCCLK、 CCVCC和 CCGND。 33~40为语音接口，用来接电话手柄。 1 31和 32脚为控制部分： 15为点火线 IGT(Ignition)， 当 TC35i通电后必须给 IGT一个大于 100ms低电平，模块才启动； 30为 RTC backup， 31为 Power down，32为 SYNC。 16~23为数据输入 /输出，分别为 DSR0、 RING0、 RxD0、 TxD0、 CTS0、 RTS0、DTR0和 DCD0。 TC35的数据输入 /输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合 ITUT RS232接口标准。 它有固定的参数： 8位数据位和 1位停止位，无校验位，波特率在 300bps~115kbps之间可选，硬件握手信号用 RTS0/CTS0，软件流量控制用 XON/XOFF， CMOS电平，支持标准的 AT命令集。 模块中与 SMS有关的 GSM AT指令介绍 GSM引擎模块提供的命令接口符合。 AT Command接口，提供了一种移动平台与数据终端设备之间的通用接口； 消息作了详细的规定。 在短消息模块收到网络发来的短消息时，能够通过串口发送指示消息，数据终端设备可以向 GSM模块发送各种命令。 与 SMS有关的 GSM AT指令如表 1所列。 GSM AT指令集，是由诺基亚、爱立信、摩托罗拉和 HP等厂家共同为 GSM系统研制的，其中包含了对 SMS(Short Message Service)的控制。 表 1 与 SMS相关的若干 GSM AT指令 江汉大学 2020届本科生毕业论文 13 PDU编码规则 目前，发送短消息常用 Text和 PDU(Protocol Data Unit，协议数据单元 )模式。 使用 Text模式收发短信代码简单，实现起来十分容易，但 最大的缺点是不能收发中文短信；而 PDU模式不仅支持中文短信，也能发送英文短信。 PDU模式收发短信可以使用 3种编码： 7bit、8bit和 UCS2编码。 7bit编码用于发送普通的 ASCII字符， 8bit编码通常用于发送数据消息，UCS2编码用于发送 Unicode字符。 一般的 PDU编码由 A B C D E F G H I J K L M十三项组成。 A：短信息中心地址长度， 2位十六进制数 (1字节 )。 B：短信息中心号码类型， 2位十六进制数。 C：短信息中心号码， B+C的长度将由 A中的数据决定。 D：文件头 字节， 2位十六进制数。 江汉大学 2020届本科生毕业论文 14 E：信息类型， 2位十六进制数。 F：被叫号码长度， 2位十六进制数。 G：被叫号码类型， 2位十六进制数，取值同 B。 H：被叫号码，长度由 F中的数据决定。 I：协议标识， 2位十六进制数。 J：数据编码方案， 2位十六进制数。 K：有效期， 2位十六进制数。 L：用户数据长度， 2位十六进制数。 M：用户数据，其长度由 L中的数据决定。 J中设定采用 UCS2编码，这里是中英文的 Unicode字符。 Cygnal单片机 C8051F020简介 C8051F020系列器件与 MCS51指令集完全兼容，可以使用标准 803X/805X的汇编器和编译器进行软件开发。 CIP51内核具有标准 8052的所有外设部件，包括 5个 16位的计数器 /定时器、 2个全双工 UART、 256字节内部 RAM、 128字节特殊功能寄存器 (SFR)地址空间及8/4个字节宽的 I/O口。 江汉大学 2020届本科生毕业论文 15 CIP51采用流水线结构，与标准的 8051结构相比，指令执行速度有很大的提高。 70%指令的执行时间为 1或 2个系统时钟周期，只有 4条指令的执行时间大于 4个系统时钟周期。 CIP51工作在最大系统时钟频率 25MHz时，峰值速度达到 25MIPS。 该系列的 MCU具有标准 8051端口 (0、 2和 3)和 4个附加的端口 ( 6和 7)，因此共64个 I/O口。 每个 I/O引脚都可以被配置为推挽或漏极开路输出。 在标准 8051中固定的 “弱上拉 ”可以被总体禁止。 这为低功耗应用提供了进一步节电的能力。 最独特的改进是引入了数字交叉开关。 这是一个大的数字开关网络，允 许将内部数字资源映射到 P0、 P P2和 P3的端口 I/O引脚。 与具有标准复用数字 I/O的微控制器不同，这种结构可以支持所有的功能组合。 可以通过设置交叉开关控制寄存器，将片内的计数器 /定时器、串行总线、硬件中断、ADC转换启动输入、比较器输出以及微控制器内部的其它数字信号，配置为出现在端口的I/O引脚。 这一特性允许用户根据自己的特定应用选择通用 I/O和所需数字资源的组合。 GSM Modem 的 硬件设计 TC35i外围电路如图 3所示。 电源电路分为充电电池和稳压电源模块两部分：充电电池主要为整个系统提供 江汉大学 2020届本科生毕业论文 16 作电压，同时产生 MAX3238所需要的高电平；三端电源模块 LM7806将外部＋ 12V直流电源转换为＋ 6V，连到 ZIF连接器的 1 12引脚，在充电模式下 ，为 TC35i提供＋ 6V、 500mA的充电电源。 启动电路由开漏极三极管和上电复位电路组成。 模块上电 10ms后 (电池电压须大于3V)，为使之正常工作，必须在 15脚 ()加时长至少为 100ms的低电平信号，且该信号下降沿时间小于 1ms。 启动后， 15脚的信号应保持高电平。 基带处理器集成了一个与 ISO 78163 IC Card标准兼容的 SIM接口。 为了适合外部的SIM接口，该接口连接到主接口 (ZIF连接器 )。 在 SIM卡预留 5个引脚的基础上，TC35在 ZIF连接器上为 SIM卡接口预留了 6个引脚，所添加的 CCIN引脚用来检测 SIM卡支架中是否插有 SIM卡。 当插入 SIM卡，该引脚置为高电平时，系统方可进入正常工作。 数据通信电路主要完成短消息收发、与 PC机通信、软件流控制等功能。 数据通信电路以 Maxim公司的 MAX3238芯片为核心，实现电平转换及串口通信功能；具有低功耗、高数据速率、增强型 ESD保护等特性。 增强型 ESD结构为所有发送器输出和接收器输入提供保护，可承受 177。 15kV IEC 100042气隙放电、 177。 8kV IEC 100042接触放电和 177。 15kV人体放电模式。 TC35的 SYNC引脚有两种工作模式，可用 AT命令 AT SYNC进行切换。 一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示 TC35的工作状态。 本模块使用的是后一种功能：当LED熄灭时 ,表明 TC35处于关闭或睡眠状态；当 LED为 600ms亮 /600ms熄时，表明 SIM卡没有插入或 TC35正在进行网络登录；当 LED为 75ms亮 /3s熄时，表明 TC35已登录进网络，处于持机状态。 江汉大学 2020届本科生毕业论文 17 TC35i通过 C8051F020与 PC机通信，其外围电路如图 4所示。 GSM Modem 的 软 件。