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基于GSM紅外報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)和PDU編碼的技術(shù)分析論文
1 引言
GSM（Global System for Mobile Communication）是目前全球使用最為廣泛的2G移動(dòng)電話系統(tǒng)，技術(shù)成熟可靠；盡管在數(shù)據(jù)傳輸速率上遠(yuǎn)不及3G和4G系統(tǒng)，但在網(wǎng)絡(luò)覆蓋、資費(fèi)、互操作性等方面仍具有一定的優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，如遠(yuǎn)程防盜、智能電表、自動(dòng)售貨機(jī)、車隊(duì)管理等領(lǐng)域。本文將介紹基于GSM的遠(yuǎn)程紅外報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及PDU編碼過程。
2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)
如圖1所示，系統(tǒng)主要由控制單元（AT89C2051）、GSM模塊（TC35i）、紅外探測(cè)器、報(bào)警器、電源等組成。紅外感應(yīng)器用于探測(cè)目標(biāo)區(qū)域是否存在人或其它物體移動(dòng)，并將探測(cè)信號(hào)送至控制單元，控制單元根據(jù)信號(hào)來控制報(bào)警器報(bào)警，并通過GSM模塊向指定手機(jī)發(fā)送報(bào)警信號(hào)。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3.1 GSM模塊（TC35i）
TC35i是西門子公司推出的一款支持中文短信的工業(yè)級(jí)GSM模塊，集射頻電路和基帶于一體，并支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集。TC35i的數(shù)據(jù)接口（CMOS電平）通過AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，它支持Text和PDU格式的SMS，并可通過AT指令或關(guān)斷信號(hào)實(shí)現(xiàn)重啟或故障恢復(fù)。
TC35i模塊具有40個(gè)引腳，分為電源、數(shù)據(jù)傳輸、SIM、音頻接口和控制5大類。本設(shè)計(jì)中主要引腳使用情況為：（具體電路連接見圖1所示）
1～5作為電源正輸入，6～10作為電源負(fù)接地，電壓范圍為3.5～4.8V（推薦為4.2V），設(shè)計(jì)時(shí)要求供電電壓不得低于3.3V，峰值電流（2A）時(shí)壓降不得大于0.4V，否則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)，因此要求供電模塊內(nèi)阻+連線電阻應(yīng)小于200mΩ。
15為啟動(dòng)腳IGT，31為關(guān)閉腳（PD），這兩個(gè)引腳作為單片機(jī)控制TC35i模塊開、關(guān)機(jī)的控制引腳。另外需要說明的是：系統(tǒng)供電后，需要給15腳（IGT）加一個(gè)大于100ms的低脈沖（電平下降持續(xù)時(shí)間要求小于1ms），TC35i才能進(jìn)入工作狀態(tài)。若需要關(guān)閉TC35i，則只需將31腳（PD）維持至少3.5秒的低電平即可。
18腳（RXD）和19腳（TXD）作為與單片機(jī)連接的串口通訊腳，波特率設(shè)為9600。由于TC35i的COMS電平與單片機(jī)的TTL電平之間的差異，實(shí)際連接時(shí)需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，由MAX232芯片完成。
24～29為專用的SIM卡引腳，用于外接SIM卡，其中24（CCIN）引腳用于檢測(cè)SIM卡是否插好，連接好輸出高電平，否則輸出低電平。
32引腳SYNC作為TC35i工作狀態(tài)指示燈的控制端口。
3.2 控制單元（AT89C2051）
AT89C2051是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的一款低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，能夠與標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令兼容。本設(shè)計(jì)中主要引腳使用情況為：P1.0為報(bào)警器控制端口；P3.0/RXD和P3.1/TXD作為與TC35i的通訊口，分別通過MAX232與TC35i的18和19引腳相連。P3.2和P3.3作為紅外感應(yīng)器的控制端口，分別用于紅外線發(fā)射驅(qū)動(dòng)和紅外信號(hào)接收。
3.3 紅外感應(yīng)器
本次設(shè)計(jì)采用主動(dòng)式紅外探測(cè)器，由紅外線發(fā)射管和紅外接收頭兩部分組成。紅外發(fā)射管D3選用L5IR5型紅外發(fā)射管，由AT89C2051的P3.2端口經(jīng)三級(jí)管Q1來驅(qū)動(dòng)；為指示紅外感應(yīng)器工作狀態(tài)，在電路上串聯(lián)一個(gè)發(fā)光二極管D4。接收端選用帶有內(nèi)置信號(hào)放大電路的LF0038型紅外接收頭，其信號(hào)輸出端引腳3與AT89C2051的P3.3端口連接。
3.4 電源設(shè)計(jì)
系統(tǒng)電源需求包括+5VDC（供控制單元、紅外感應(yīng)器及報(bào)警器用）和+4.2VDC（GSM供模塊用）。由于TC35i對(duì)電源要求較高，設(shè)計(jì)中采用單片降壓式開關(guān)穩(wěn)壓器LM2576-ADJ實(shí)現(xiàn)+12VDC到+4.2VDC的轉(zhuǎn)換；而+5VDC則由7805穩(wěn)壓管實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。具體電路見圖3所示。
4 AT指令
AT指令是GSM模塊的底層指令，用來控制GSM模塊進(jìn)行無線通信。GSM的AT指令集，是由NOKIA、MOTOROLA、ERICSSON和HP等廠家共同為GSM系統(tǒng)研制的。AT命令包括一般命令、呼叫控制命令、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)命令、安全性命令、電話本命令、短消息（SMS）命令、補(bǔ)充業(yè)務(wù)命令、數(shù)據(jù)命令、傳真命令和串口命令。本設(shè)計(jì)主要用到GSM的短信發(fā)送功能，涉及的主要AT指令見表1所示。
一條完整的報(bào)警短信發(fā)送的AT指令流程為：
控制單元：AT＼r // “＼r” 代表ASCII字符中的回車字符，值為0x0D，下同。
GSM返回：＼r＼nOK＼r＼n//“＼n” 代表ASCII字符中的換行符，值為0x0A，下同。
控制單元：AT+CMGF=0＼r//設(shè)置為PDU模式。
GSM返回：＼r＼nOK＼r＼n
控制單元：AT+CMGS=019//發(fā)送一條長(zhǎng)度為19的短信，長(zhǎng)度計(jì)算見PDU編碼過程。
GSM返回：＼r＼n >＼r＼n
控制單元：0891683118325476F811000D91683176563412F0000800048B6662A5//向目標(biāo)手機(jī)（13676543210）發(fā)送“警報(bào)”的報(bào)警信息（本地SIM卡號(hào)碼為13812345678）的PDU編碼，該編碼必須以“ctrl_z”結(jié)束，值為0x1A。 5 PDU編碼過程
目前，GSM短信編碼常用Text和PDU兩種模式。Text模式代碼簡(jiǎn)單，但不支持中文短信；PDU模式不僅能發(fā)送英文短信，也能發(fā)送中文短信，因而應(yīng)用廣泛。PDU模式收發(fā)中文短信時(shí)，采用的是UCS2編碼發(fā)送Unicode字符。一般的PDU編碼由SMSC地址、基本參數(shù)、消息類型、目標(biāo)地址、協(xié)議鑒別符、信息編碼方式、有效期、用戶信息長(zhǎng)度和用戶信息九項(xiàng)組成。下面以前面所述向目標(biāo)手機(jī)（13676543210）發(fā)送“警報(bào)”的報(bào)警信息（本地SIM卡號(hào)碼為13812345678）為例，說明PDU編碼過程：
SMSC地址：08（地址信息長(zhǎng)度，共8個(gè)字節(jié)數(shù)，含91和F），91（TON/NPI國(guó)際格式，“+”），683118325476F8（短信中心號(hào)碼，由8613812345678每?jī)晌蝗》吹玫�，最后若為奇�?shù)位，則補(bǔ)F后取反）
基本參數(shù)TP-MTI/VFP：11（TP-VP用相對(duì)格式）
消息類型TP-MR：00（00表示為短消息）
目標(biāo)地址：0D（目標(biāo)地址信息長(zhǎng)度，共13個(gè)十進(jìn)制數(shù)，這點(diǎn)與SMSC地址信息長(zhǎng)度定義不同，且不含91和F），91（TON/NPI國(guó)際格式，“+”）683176563412F0（短信中心號(hào)碼，由8613676543210每?jī)晌蝗》吹玫�，最后若為奇�?shù)位，則補(bǔ)F后取反）
協(xié)議鑒別符TP-PID：00（普通GSM點(diǎn)到點(diǎn)類）
信息編碼方式TP-DCS：08（UCS2）
有效期TP-VP：00（5分鐘）
用戶信息長(zhǎng)度TP-UDL：04（4個(gè)字節(jié)）
用戶信息TP-UD：8B6662A5（“警報(bào)”的 Unicode碼）
前面所述“AT+CMGS=019”指令中，短信長(zhǎng)度19。
6 結(jié)束語
本文基于AT89C2051單片機(jī)和TC35i模塊構(gòu)建了基于GSM的遠(yuǎn)程紅外報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易，可廣泛應(yīng)用于家庭、小區(qū)、工廠、商場(chǎng)、酒樓、汽車等領(lǐng)域防盜報(bào)警及危險(xiǎn)警戒區(qū)安全報(bào)警。
韓斌杰，杜新顏，等.GSM原理及其網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化（第2版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2009.
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