今天突然有個同學問我單片機如何和手機通信，我們在用單片機做產(chǎn)品的時候，難免會用到單片機和手機通信，所以今天我們就來學習下如何用單片機控制手機通信。
中國聯(lián)通數(shù)字移動電話(GSM)網(wǎng)是向社會公眾提供通信服務的公用通信網(wǎng)，它是目前基于時多址技術的移動通信體制中，比較成熟完善，且應用最廣泛的一種系統(tǒng)，是我國公眾移動通信網(wǎng)的主要方式，基于GSM的短信信息服務，是一種在移動網(wǎng)絡上傳送簡短信息的無線應用，是一種信息在移動網(wǎng)絡上存儲和轉(zhuǎn)寄的過程，由于公眾GSM網(wǎng)絡在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，上述系統(tǒng)不需在組建專用通信網(wǎng)絡，所以具有實時傳輸數(shù)據(jù)功能呢的短信應用將得到迅速普及。
這個系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)接收和發(fā)送部分、終端處理部分三個模組組成。
系統(tǒng)中，三個模塊相互獨立，彼此又相互依賴，共同完成數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)收發(fā)模塊在系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，是系統(tǒng)的核心模塊。該模塊以雙單片機為核心，以RS232通信接口，在物理層上實現(xiàn)與GSM模塊的連接。
【工作原理】
一、串口控制SMS的工作原理
單片機與GSM模塊一般采用串行異步通信接口，通信速度可設定，通常為19200bps。采用這種RSM232電纜方式進行連接時，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃暂^好。RS232接口方式連接，通過串行接口集成電路和電平轉(zhuǎn)換電路與GSM模塊連接，電路比較簡單，所涉及的芯片包括單片機89C51和電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232，是非常常見的接口電路。需要說明的是，該接口通過IIC總線(之前的文章中提到，不明白的朋友可自行翻閱)擴展了一個EEPROM存儲器，主要作用是存儲數(shù)據(jù)，而且斷電信息也不會丟失，這些特性正式存儲數(shù)據(jù)所必須的。
GSM的短信息業(yè)務SMS利用信令信道傳輸，這是GSM通信網(wǎng)所特定的。它不用撥號建立連接，把要發(fā)的信息加上目的數(shù)據(jù)發(fā)送到短信息服務中心，經(jīng)短信息服務中心完成存儲后在發(fā)送給最終的信訴。所以當目的GSM終端沒開機時信息不會丟失，每個短信的信息量限制為160字節(jié)。
現(xiàn)在市場上大多說手機均支持GSM7.05規(guī)定的AT指令集。該指令集是ETSI(歐洲通信技術委員會)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GSM模塊收發(fā)SMS的目的。必須注意的是，用單片機實現(xiàn)時，編程必須注意它發(fā)送指令與接收到的響應都是字符的ASCII碼，用單片機控制GSM模塊收發(fā)短信息所涉及的AT指令如圖。
二、軟件實現(xiàn)
【上位機模塊和下位機模塊半雙工通信協(xié)議的實現(xiàn)】
【應答和重發(fā)】
上位機模塊和下位機模塊的通信雙方遵照半雙工通信方式進行，即數(shù)據(jù)傳送是雙向的，但是，任何時刻只能由其中一方發(fā)送數(shù)據(jù)，另一方接收數(shù)據(jù)，因為EEPROM的讀出和寫入不能同時進行。為了避免一方在發(fā)送信息幀時(這里的信息幀指的是下位機模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)幀和下位機模塊發(fā)送的命令幀，下同)，另一方也會發(fā)送數(shù)據(jù)，必須把信道變成半雙工方式。雖然這樣效率可能不如全雙工方式，但是可以穩(wěn)定模塊工作性能。雙方采取的順序是：發(fā)——收到應答后——再發(fā)。
按照整個系統(tǒng)的設計思路，上位機模塊發(fā)送的幀包括命令幀、確認幀和非確認幀;下位機模塊發(fā)送的幀包括數(shù)據(jù)幀、確認幀和非確認幀。其中確認幀和非確認幀是發(fā)送數(shù)據(jù)后等待對方發(fā)送的應答幀，一次作為繼續(xù)發(fā)送下一幀和重新發(fā)送上一幀的依據(jù)。命令幀和數(shù)據(jù)幀時信息幀，當一方先發(fā)送完信息幀，如果收方接收到對方的信息幀，而又沒有信息幀需要發(fā)送，那么情況就比較簡單，收方將根據(jù)信息幀的正確與否決定發(fā)送確認幀還是非確認幀，以使對方?jīng)Q定是繼續(xù)發(fā)送還是重新發(fā)送;如果此刻收方也有信息幀的應答幀，那么收方將不立即發(fā)送應答幀，而是立即發(fā)送本方的信息幀給對方，在收到對方的應答幀后，收方將依據(jù)應答幀的內(nèi)容(即確認幀或非確認幀)決定是繼續(xù)發(fā)送下一信息幀，還是重新發(fā)送原來的信息幀。
【延時重發(fā)】
在雙方通信過程中，有兩個時間T1和T2，分別表示重新發(fā)送信息幀的最大延時。T2表示一方發(fā)送信息幀收到對方應答幀的時間，如果等待應答幀的時間超過了T1，則發(fā)方會重新發(fā)送原來的信息幀，當收方接收到對方發(fā)送的信息幀，如果對方此時有需要發(fā)送的信息幀，則收方此時不發(fā)送應答幀，而是發(fā)送信息幀給對方。也就是說，利用對方等待收方應答幀的時間在T1內(nèi)，收方插入發(fā)送本文的信息幀，同樣本方的發(fā)送也存在一個延時重發(fā)的問題。在規(guī)定的時間內(nèi)，如果沒有收到對方應答幀，收方也同樣需要重發(fā)原來的信息幀，這個規(guī)定的時間就是T2。顯然由于收方是利用間隙時間發(fā)送本方信息幀，所以T1>T2。
【幀格式】
GSM模塊通過異步通信接口實現(xiàn)SMS的控制共有三種接入?yún)f(xié)議：BLOCK MODE、基于AT指令的TEXT MODE、基于AT指令PDU MODE。本系統(tǒng)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)都是基于數(shù)字的溫度數(shù)據(jù)和命令字，為了保證系統(tǒng)的適用性，SMS的手法采用TEXT模式。TEXT模式是基于字符的，更具體的說是基于ASCII碼的一種結(jié)構(gòu)模式。在該結(jié)構(gòu)模式下，模塊發(fā)送和接受的信息幀格式如下：
信息幀包括數(shù)據(jù)幀和命令幀。
幀頭表示數(shù)據(jù)幀的標記由固定的字符“WQ”構(gòu)成。
幀序號表示數(shù)據(jù)幀的序號，由兩個字節(jié)組成，幀序號表示下位機模塊發(fā)送的遞增數(shù)據(jù)幀序號和上位機模塊發(fā)送的命令幀序號。為了簡化幀結(jié)構(gòu)，命令幀的序號統(tǒng)一為OOH。
數(shù)據(jù)字段的長度為154字節(jié)，最多發(fā)送77個字符(采用TEXT模式，不能發(fā)送漢字)。
檢驗子為數(shù)據(jù)字段所有字節(jié)累加和的初碼(原碼取反加1)，由一個字節(jié)組成。、
除了信息幀外，雙向傳遞的還有應答幀，它包括確認幀和非確認幀。確認幀是雙方反饋給發(fā)方的應答幀，表示雙方已經(jīng)正確接收到了發(fā)方發(fā)送的信息幀。確認幀格式僅包括兩個字段，且兩個字段的內(nèi)容都是固定的，即幀頭“WQ”和數(shù)據(jù)字段“ACK”，確認幀格式如下。
非確認幀時收方給發(fā)方的應答幀，表示收方收到的是無效的信息幀，其格式與確認幀格式類似，幀格式如下：
【EEPROM空間的分配】
采用8KB的EEPROM，按照每77個字節(jié)為一個塊進行劃分，工106塊，如圖所示。
第00、01塊留作系統(tǒng)使用，第02~第105塊是數(shù)據(jù)塊，用作存放數(shù)據(jù)。
【程序設計】
【主函數(shù)的設計思路】
開機上電后，程序在主函數(shù)中運行，單片機和GSM模塊分別進行初始化。單片機的初始化包括設置串口工作方式、波特率，并初始化變量和標志位，GSM模塊初始化包括重新啟動、關閉回顯、設置在TXET模式下的返回值中不顯示詳細的頭信息、選擇短息格式為TEXT模式、開發(fā)串口中斷準備接受數(shù)據(jù)。
【GSM返回函數(shù)的處理——SHELL函數(shù)】
SHELL是進入時鐘中斷程序時被調(diào)用時，該函數(shù)是對GSM模塊返回參數(shù)進行處理的函數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)設計的要求，需要對GSM模塊進行下列操作：呼叫對方模塊號碼、發(fā)送數(shù)據(jù)、閱讀短信、刪除短信?；谝陨喜僮髦噶?，如果操作成功GSM模塊會分別返回不同的參數(shù)：>、+CMGS、+CMGR、OK。根據(jù)收到的不用參數(shù)，下位機模塊將轉(zhuǎn)向不同的操作步驟，判斷并改變標志位的值。
【短信數(shù)據(jù)的處理——EXECDATA函數(shù)】
進入時鐘中斷調(diào)用SHELL函數(shù)時，如果接收到了返回的參數(shù)+CMTI，表明上位機模塊向下位機模塊發(fā)送了短信數(shù)據(jù)，可能是命令幀，也可能是確認幀或者非確認幀。在這種情況下，SHELL函數(shù)需要對短信內(nèi)容進行分析，并根據(jù)短信的內(nèi)容進行不同的處理，負責完成以上功能的就是EXECDATA函數(shù)，它是被SHELL函數(shù)調(diào)用的，用來分析并處理短信數(shù)據(jù)。
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