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1、MCS-51系列单片机控制手机收发短信息的原理GSM（Global System for Mobile communication）系统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，是我国公众移动通信网的主要方式。主要提供话音、短信息、数据等多种业务。基于 GSM短消息功能可以做成传输各种检测、监控数据信号和控制命令的数据通信系统，能广泛用于远程监控、定位导航、个人通信终端等。由于公众 GSM网络在全球范围内实现了联网和漫游，建立上述系统不须再组建专用通信网络，所以具有实时传输数据功能的短消息应用将得到迅速普及。目
2、前，人们设计的各类 DTE设备基础上以微处理器为核心，带有 RS232/RS485等通信接口，在物理层上很容易实现与 GSM设置（如手机等）的连接。但对 SMS协议的研究文献却较少，特别是用单片机控制手机的 SMS（Short Message Service）收发的研究更少。笔者在用单片机设计基于 GSM的 SMS数据采集器时，对怎样用单片机控制手机收发短信息进行了探讨。1 串口控制 SMS的工作原理单片机与手机一般采用串行异步通信接口，具有红外和通信电缆两种连接方式，通信速度可设定，通常为 19200bps。采用红外接口的优点是单片机系统与手机电气隔离，相互不干扰，接口各自独立，使用方便；缺
3、点是通信距离较短，红外传播的方向性对接口相对位置有要求。采用电缆连接时，数据传输的可靠性较好；其主要缺点是接口的电气参数不兼容，设计不当时会对手机的通信质量产生影响。笔者经过实践设计的接口电平转换电路如图1。GSM的短信息业务 SMS利用信令信道传输，这是 GSM通信网所特有的。它不用拨号建立连接，把要发的信息加上目的地址发送到短信息服务中心，经短消息服务中心完成存储后再发送给最终的信宿。所以当目的 GSM终端没开机时信息不会丢失。每个短消息的信息量限制为 160字节。现在市场上大多数手机均支持 GSM07.05规定的 AT指令集。该指令集是 ETSI（欧洲通信技术委员会）发布的，其中包含了对
4、 SMS的控制。利用 GSM手机的串行接口，单片机向手机收发一系列的 AT命令，就能达到控制手机收发 SMS的目的。ETSI 的 GSM07.05中用于 SMS收发控制的主要 AT命令见表 1。表 1 常用 AT指令GSM07.05Function(功能) ATE0 RESET AT+CSMS 选择短信息服务 AT+CPMS 选择短信息内存 AT+CMGF 选择短信息格式 AT+CSCA 短信息中心地址 AT+CNMI 显示新收到的短信息 AT+CMGR 读短信息 AT+CMGS 发送短信息 AT+CMGL 列出 SIM卡中短信息 AT+CMSS 从 SIM内存中发短信息 AT+CMGW 向
5、SIM内存中写入待发短信息 AT+CMGD 删除 SIM内存中的短信息 AT+CSCB 选择蜂窝广播信息 GSM手机通过异步通信接口实现对 SMS的控制共有三种接入协议：Block Mode；基于 AT命令的 TextMode；基于 AT命令的 PDU Mode。PDU 模式是发送或接收手机 SMS信息的一种方法，短信息正文经过十六进制编码后被传送。目前，PDU Mode 应用最为广泛，基本上全国所有的电信局都提供支持 PDU Mode的短消息业务。有些地址则不支持 Text Mode和 Block Mode，这就限制了这两种接入协议的应用，而且 PDU Mode已有取代 Block Mode
6、的趋势。为了保证系统具有广泛的适用性，本文采用 PDU模式收发 SMS。PDU相当于一个数据包，它由构成消息（SMS）的信息组成。作为一种数据单元，它必须包含源/目的地址、保护（有效）时间、数据格式、协议类型和正文，正文长度可达 140字节，它们都以十六进制表示。PDU 结构根据短消息由移动终端发起或以移动终端为目的而不同。当由移动终端发起时，PDU 的格式为：SMSCPDU类型MRDAPIDDCSVPUDLUD（0140octed）当以移动终端为目的时，PDU 的格式为：SMSCPDU类型OAPIDDCSSCTSUDLUD（0140octed）其中，SMSC 为短消息业务中心地址，DA/OA
7、 为源/目的地址，PID 为协议识别，DCS 为数据编码， UDL为用户数据长度，UD 为用户数据，VP 为有效时间，MR 指明是发出信息，SCTS指明短消息到达业务中心的时间。2 PDU格式下短信息的接收根据设置不同，手机将收到的短消息保存在缓存单元或存入 SIM卡，单片机从手机中接收短消息实质上就是从 SIM或缓存中读出信息。这主要利用 AT+CMGR和 AT+CMGL两条指令来完成，其工作过程见图 2。由于不同的厂商对 AT指令集的解释代码和响应信息不一样，所以单片机首先要确认能否与手机建立起通信，一般用 ATE指令完成此确认；然后用 AT+CMGF指令选定短消息的数据格式；在收到手机的
8、正确回答反以 AT指令完成读出功能。一般用 AT+CMGL读取以前的信息，在收到手机的 RING（振铃）数据时，用 AT+CMGR读取实时信息。以下是笔者设计的物流数据采集系统中用到的接收 SMS的一个实例，它说明了 PDU模式的应用。单片机发送和接收（手机回答）均为 ASCII码。所用手机为 SIEMENS S3508i。操作过程如下（内为注释）:发送：ATE手机回答：OK 已建立联接发送：AT+CMGF=0 选用 PDU格式手机回答：OK 允许选择 PDU格式发送：AT+CMGL=2 列出已有的短信息手机回答： +CMGL：1，2，241 表示信息个数，2 表示未发信息，24 表示信息总容
9、量0D71683108370105F004000D81683179133208F10000026080410033802632184CF682D95E0DC2B36D3D170A0243106933D97A0243106933D97A02451068B1983492608OK以上这组 PDU格式的十六进制字符串，不但包含了短消息的内容，同时包含了发送者的手机号码、短信息中心号码、短消息发送时间等。下面对信息内容进行分析：0D：短信息中心地址（号码）长度。91：短信息中心号码类型，91 是 TON/NPI。TON/NPI 遵守 International/E.164标准，指在号码前需加+号；此外
10、还可直有其他数值，但 91最常用。683108370105F0：SMSC 短信息所使用的服务中心号码 13807310500。它经过十六进制以字节为单位的高低半字节换位处理，号码是奇数的添 F，构成一个 HEX字节。04：PDU 类型，文件头字节。0B：主叫号码长度。81：主叫号码类型。3179133208F1：0A 主叫号码，也经过了处理，实际号码为 13973123801。00：PID，为协议标识。00：DCS 短信息编码类型是 GSM Default Alphabet，即由 7位 ASCII码移位组成 8位十六进制码（octet），其方法见表 2。1sthexB0A6A5A4A3A2A1
11、A02ndhexC1C0B6B5B4B3B2B13rdhexD2D1D0C6C5C4C3C24thhexE3E2E1E0D6D5D4D35thhexF4F3F2F1F0E6E5E46thhexG5G4G3G2G1G0F6F56thhexH6H5H4H3H2H1H0G602608041003380:SCTS短信息发送时间，02/06/08/14：00：33.08。26： UDL经处理后的 8位码（octet）短信息字节长度，它小于消息 ASCII码的长度。32184CF682D95E30DC2B36D3D170A0243106933D97A0243106933D97A02451068B19834
12、92608：UD 编码后的 PDU数据，短信息内容“2002/06/08/13：48ID102OKID103OK ID201FAIL”。3 短信息的发送与接收短信息一样，发送时也要先建立联接，传送一些初始化指令，然后发送短消息内容。下面是用 SIEMENS S3508i发送一个短信息的例子，内容为：“2002/06/08/13:48 ID102OK ID103OK ID201FAIL”。其 ASCII码为：“32030322F30362F30382F31333A34382049443130324F4B2049443130334F4B2049443230314641494C20”。发送：ATE
13、请求建立联接手机回答：OK 已建立联接发送：AT+CMGF=0 选择 PDU模式手机回答：OK发送：AT+CSMS=0检测手机是否支持 SMS命令手机回答：OK发送：AT+CMGS=52发送短信息，52 octets（不包括最初 9个短信息元字节）手机回答：允许上传数据，ASCII 码是（$20H，$2EH）发送：0891683108701305F011000B813179133208F10000AA2632184CF682D95E30DC2B36D3D170A0243106933D97A0243106933D97A02451068B19834926081A不计最初 9个短消息信元字节，本短信
14、息有 52字节（104 个字符）。AT+CMGS 仅说明了SMSC信息内容的长度，在收到手机回答的符号手才发送 PDU数据串，并以（CTRLZ）结束。PDU数据串的内容说明如下：08：短信息信元 SMSC（短信息中心号码）的字节长度91：短信息中心号码类型，91 表明中心号码是国际通用电话号码。683108701305F0：短信息中心号码：8613807310500。11：PDU SMS 发送的文件头字节。这里 11指正常发送短信息。00：信息类型。这里 00指让手机自动加上主叫号码。0B：被叫号码长度。81：被叫号码类型。3179133208F1：被叫号码 13973123801。00：协议
15、标识。00：短信息编码类型是 GSM Default Alphabet。AA：短信息被保留的时间为 4天，其计算方法依照表 3。VP值 短消息有效时间长度 0143 （VP+1）5 分钟 144167 12 时+（VP-143）30 分 168196 1 天（VP-166） 197255 1 周（VP-192） 26：PDU 格式短信息编码后字节长度。32184CF682D95E30DC2B36D3D170A0243106933D97A0243106933D97A02451068B1983492608：编码后的 PDU数据，短信息内容为“2002/06/08/13：48ID102OKID103
16、OK ID201FAIL”。1A：ASCII 码 CTRLZ：报文结束标志。4 应用情况及常见主要问题的解决笔者用 MCS-51系列的单片机研制了一个手持式的数据采集产品，通过 SIMEENS手机，利用 GSM的 SMS传输数据。经过在国内多个省市较大数量长期广泛的使用，性能良好，没有出现数据丢失的现象。证明上述设计用，性能良好，没有出现数据丢失的现象。证明上述设计是正确的。但在调试和试用阶段也遇到了如下问题：（1）接口电平手机的电缆接口电平一般是 3V左右，单片机系统的工作电压一般为 2.75.5V，范围较宽，为保证数据传输的正确，需在接口加电平限制电路，详见图 1。（2）部分城市无法使用一些城市的 SMS平台不允许使用缺省短消息服务中心号码的协议，只需在发送的 PDU数据前面几个字节加上中心号码即可，详见本文发送实例。（3）不能接收已正确发送的短消息除 GSM的 SMS信道拥塞原因外，主要是 PDU中 PID字节的设置，使得收到的信息要存入
