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摘要：介紹用mcs-51系列單片機控制手機收發(fā)短信息的原理、硬件電路、pdu數(shù)據(jù)格式和符合gsm07.05協(xié)議要求的短信息發(fā)送/接收程序，同時給出了一個應(yīng)用實例。 關(guān)鍵詞：單片機 短信息 pdu gsm 接口 gsm（global system for mobile communication）系統(tǒng)是目前基于時分多址技術(shù)的移動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的gsm數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)，是我國公眾移動通信網(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)�；趃sm短消息功能可以做成傳輸各種檢測、監(jiān)控數(shù)據(jù)信號和控制命令的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，能廣泛用于遠程監(jiān)控、定位導(dǎo)航、個人通信終端等。由于公眾gsm網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)實現(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)，所以具有實時傳輸數(shù)據(jù)功能的短消息應(yīng)用將得到迅速普及。 目前，人們設(shè)計的各類dte設(shè)備基礎(chǔ)上以微處理器為核心，帶有rs232/rs485等通信接口，在物理層上很容易實現(xiàn)與gsm設(shè)置（如手機等）的連接。但對sms協(xié)議的研究文獻卻較少，特別是用單片機控制手機的sms（short message service）收發(fā)的研究更少。筆者在用單片機設(shè)計基于gsm的sms數(shù)據(jù)采集器時，對怎樣用單片機控制手機收發(fā)短信息進行了探討。
1 串口控制sms的工作原理 單片機與手機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)點是單片機系統(tǒng)與手機電氣隔離，相互不干擾，接口各自獨立，使用方便；缺點是通信距離較短，紅外傳播的方向性對接口相對位置有要求。采用電纜連接時，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃暂^好；其主要缺點是接口的電氣參數(shù)不兼容，設(shè)計不當(dāng)時會對手機的通信質(zhì)量產(chǎn)生影響。筆者經(jīng)過實踐設(shè)計的接口電平轉(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)中心完成存儲后再發(fā)送給最終的信宿。所以當(dāng)目的gsm終端沒開機時信息不會丟失。每個短消息的信息量限制為160字節(jié)。 現(xiàn)在市場上大多數(shù)手機均支持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）發(fā)布的，其中包含了對sms的控制。利用gsm手機的串行接口，單片機向手機收發(fā)一系列的at命令，就能達到控制手機收發(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。
表1 常用at指令 gsm07.05function(功能)ate0resetat csms選擇短信息服務(wù)at cpms選擇短信息內(nèi)存at cmgf選擇短信息格式at csca短信息中心地址at cnmi顯示新收到的短信息at cmgr讀短信息at cmgs發(fā)送短信息at cmgl列出sim卡中短信息at cmss從sim內(nèi)存中發(fā)短信息at cmgw向sim內(nèi)存中寫入待發(fā)短信息at cmgd刪除sim內(nèi)存中的短信息at cscb選擇蜂窩廣播信息 gsm手機通過異步通信接口實現(xiàn)對sms的控制共有三種接入?yún)f(xié)議：block mode；基于at命令的textmode；基于at命令的pdu mode。pdu模式是發(fā)送或接收手機sms信息的一種方法，短信息正文經(jīng)過十六進制編碼后被傳送。目前，pdu mode應(yīng)用最為廣泛，基本上全國所有的電信局都提供支持pdu mode的短消息業(yè)務(wù)。有些地址則不支持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。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)于一個數(shù)據(jù)包，它由構(gòu)成消息（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（有效）時間、數(shù)據(jù)格式、協(xié)議類型和正文，正文長度可達140字節(jié)，它們都以十六進制表示。pdu結(jié)構(gòu)根據(jù)短消息由移動終端發(fā)起或以移動終端為目的而不同。 當(dāng)由移動終端發(fā)起時，pdu的格式為： smscpdu類型mrdapiddcsvpudlud（0～140octed） 當(dāng)以移動終端為目的時，pdu的格式為： smscpdu類型oapiddcssctsudlud（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)議識別，dcs為數(shù)據(jù)編碼，udl為用戶數(shù)據(jù)長度，ud為用戶數(shù)據(jù)，vp為有效時間，mr指明是發(fā)出信息，scts指明短消息到達業(yè)務(wù)中心的時間。 2 pdu格式下短信息的接收 根據(jù)設(shè)置不同，手機將收到的短消息保存在緩存單元或存入sim卡，單片機從手機中接收短消息實質(zhì)上就是從sim或緩存中讀出信息。這主要利用at cmgr和at cmgl兩條指令來完成，其工作過程見圖2。 由于不同的廠商對at指令集的解釋代碼和響應(yīng)信息不一樣，所以單片機首先要確認能否與手機建立起通信，一般用ate指令完成此確認；然后用at cmgf指令選定短消息的數(shù)據(jù)格式；在收到手機的正確回答反以at指令完成讀出功能。一般用at cmgl讀取以前的信息，在收到手機的ring（振鈴）數(shù)據(jù)時，用at cmgr讀取實時信息。 以下是筆者設(shè)計的物流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中用到的接收sms的一個實例，它說明了pdu模式的應(yīng)用。單片機發(fā)送和接收（手機回答）均為ascii碼。所用手機為siemens s3508i。 操作過程如下（{}內(nèi)為注釋）: 發(fā)送：ate 手機回答：ok {已建立聯(lián)接} 發(fā)送：at cmgf=0 {選用pdu格式} 手機回答：ok {允許選擇pdu格式} 發(fā)送：at cmgl=2 {列出已有的短信息} 手機回答： cmgl：1，2，，24{1表示信息個數(shù)，2表示未發(fā)信息，24表示信息總?cè)萘縸 0d71683108370105f004000d81683179133208f10000026080410033802632184cf682d 95e0dc2b36d3d170a0243106933d97a0243106933d97a02451068b1983492608 ok 以上這組pdu格式的十六進制字符串，不但包含了短消息的內(nèi)容，同時包含了發(fā)送者的手機號碼、短信息中心號碼、短消息發(fā)送時間等。 下面對信息內(nèi)容進行分析： 0d：短信息中心地址（號碼）長度。 91：短信息中心號碼類型，91是ton/npi。ton/npi遵守international/e.164標(biāo)準，指在號碼前需加' '號；此外還可直有其他數(shù)值，但91最常用。 683108370105f0：smsc 短信息所使用的服務(wù)中心號碼13807310500。它經(jīng)過十六進制以字節(jié)為單位的高低半字節(jié)換位處理，號碼是奇數(shù)的添f，構(gòu)成一個hex字節(jié)。 04：pdu類型，文件頭字節(jié)。 0b：主叫號碼長度。 81：主叫號碼類型。 3179133208f1：0a主叫號碼，也經(jīng)過了處理，實際號碼為13973123801。 00：pid，為協(xié)議標(biāo)識。 00：dcs短信息編碼類型是gsm default alphabet，即由7位ascii碼移位組成8位十六進制碼（octet），其方法見表2。 1sthexb0a6a5a4a3a2a1a02ndhexc1c0b6b5b4b3b2b13rdhexd2d1d0c6c5c4c3c24thhexe3e2e1e0d6d5d4d35thhexf4f3f2f1f0e6e5e46thhexg5g4g3g2g1g0f6f56thhexh6h5h4h3h2h1h0g6 02608041003380:scts短信息發(fā)送時間，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)長度，它小于消息ascii碼的長度。 32184cf682d95e30dc2b36d3d170a0243106933d97a0243106933d97a02451068b1983492608：ud 編碼后的pdu數(shù)據(jù)，短信息內(nèi)容“2002/06/08/13：48id102okid103ok id201fail”。 3 短信息的發(fā)送 與接收短信息一樣，發(fā)送時也要先建立聯(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)送一個短信息的例子，內(nèi)容為：“2002/06/08/13:48 id102ok id103ok id201fail”。其ascii碼為：“32030322f30362f30382f31333a34382049443130324f4b 2049443130334f4b2049443230314641494c20”。 發(fā)送：ate {請求建立聯(lián)接} 手機回答：ok {已建立聯(lián)接} 發(fā)送：at cmgf=0 {選擇pdu模式} 手機回答：ok 發(fā)送：at csms=0{檢測手機是否支持sms命令} 手機回答：ok 發(fā)送：at cmgs=52{發(fā)送短信息，52 octets（不包括最初9個短信息元字節(jié)）} 手機回答：>{允許上傳數(shù)據(jù)，ascii碼是（$20h，$2eh）} 發(fā)送：0891683108701305f011000b813179133208f10000aa2632184cf682d95 e30dc2b36d3d170a0243106933d97a0243106933d97a02451068b19834926081a 不計最初9個短消息信元字節(jié)，本短信息有52字節(jié)（104個字符）。 at cmgs僅說明了smsc信息內(nèi)容的長度，在收到手機回答的>符號手才發(fā)送pdu數(shù)據(jù)串，并以（ctrl^z）結(jié)束。 pdu數(shù)據(jù)串的內(nèi)容說明如下： 08：短信息信元smsc（短信息中心號碼）的字節(jié)長度 91：短信息中心號碼類型，91表明中心號碼是國際通用電話號碼。 683108701305f0：短信息中心號碼：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。 00：信息類型。這里00指讓手機自動加上主叫號碼。 0b：被叫號碼長度。 81：被叫號碼類型。 3179133208f1：被叫號碼13973123801。 00：協(xié)議標(biāo)識。 00：短信息編碼類型是gsm default alphabet。 aa：短信息被保留的時間為4天，其計算方法依照表3。 vp值短消息有效時間長度0～143（vp 1）×5分鐘144～16712時 （vp-143）×30分168～1961天×（vp-166）197～2551周×（vp-192） 26：pdu格式短信息編碼后字節(jié)長度。 32184cf682d95e30dc2b36d3d170a0243106933d97a0243106933d 97a02451068b1983492608：編碼后的pdu數(shù)據(jù)，短信息內(nèi)容為“2002/06/08/13： 48id102okid103ok id201fail”。 1a：ascii碼ctrl^z：報文結(jié)束標(biāo)志。 4 應(yīng)用情況及常見主要問題的解決 筆者用mcs-51系列的單片機研制了一個手持式的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品，通過simeens手機，利用gsm的sms傳輸數(shù)據(jù)。經(jīng)過在國內(nèi)多個省市較大數(shù)量長期廣泛的使用，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)計是正確的。但在調(diào)試和試用階段也遇到了如下問題： （1）接口電平 手機的電纜接口電平一般是3v左右，單片機系統(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）部分城市無法使用 一些城市的sms平臺不允許使用缺省短消息服務(wù)中心號碼的協(xié)議，只需在發(fā)送的pdu數(shù)據(jù)前面幾個字節(jié)加上中心號碼即可，詳見本文發(fā)送實例。 （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）收不到開機前的短消息 主要是發(fā)送數(shù)據(jù)時，對短消息有效時間vp值設(shè)置不當(dāng)造成的。
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