毕业论文采用嵌入式移动网络的远程控制系统.doc

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毕业设计说明书（论文）

采用嵌入式移动网络的远程控制系统

序言

进入二一十一世纪以来，计算机网络、通信技术、自动化技术、遥感技术、传感器技术以及大规模集成电路无不飞速发展，而其中最为引人瞩目的当是无线通信技术及无线通信网络飞速普及和应用。

现今，无论国外还是国内通用的、覆盖广泛的无线网络已基本建设完成，例如中国移动的GSM网可实现全国及全球漫游，使手机等无线终端设备得以快速普及，可以说世界已经进入无线时代。

而无线通信不仅仅可以传输话音信号，从本质讲，它是数据通信技术与移动通信技术结合的产物，数据通信才是无线传输的核心内容。

近年来，移动通信的数据业务获得了迅猛发展，其年增长率远远高于电话业务，广阔的市场前景使得各大通信制造业巨头们纷纷投入到移动数据业务的竞争之中。

作为数字蜂窝系统的典范，GSM系统已在全球获得了巨大的成功，其广阔的覆盖范围和良好的漫游性、安全性，再加上各种基于GSM的数据传输技术的不断发展，使得在GSM上进行数据通信成为在3G（第三代移动通信的简称）到来之前最好的一种手段。

随着GSM无线通信技术的不断发展和成熟，可用于实现快速、准确、独立、经济的远程监控、读取、控制远方的调控测量仪器，例如无人值守加油站、家用电力用表、水表、煤气表等，正在被越来越广泛应用到各种新的系统，具有非常广阔的应用前景。

本课题是借助公共移动通信网络进行远程控制和数据传输，比使用专门无线电波段及设备、或者架设专线进行远程控制和数据传输，都有非常大的优势。

本课题把GSM模块作为信息传递的载体，使其与单片机和PC机结合起来构成的应用系统有着强大的生命力和广阔的应用空间，特别是在远程数据传输、远程监控领域更是受到人们的关注。

并且具有造价低、可靠性高、不受地域限制、实现方便快捷、运行费用低廉等特点。

我借助于本地手机和远端设备的GSM模块、利用移动通信公司的服务，通过本地手机对远端设备发送指令进行控制、数据采集。

远端设备是以单片机为核心，单片机对GSM模块和被控设备进行控制，并在上位机显示接收到的号码等数据。

本课题研究主要包括以下几方面的内容：

1.GSM网络的基本结构、SMS短消息协议和传输过程的简单介绍。

2.基于GSM网络数据传输系统设计方案。

主要包括数据发送终端系统结构设计和原理和GSMMODEM的设计。

3.数据传输系统的上下位机GSM通信接口部分，实现对被控对象实行监控。

第1章概述

1.1概述

我的课题主要由监控中心计算机、GSM（全球移动通信系统）模块、远端单片机控制板等部分构成。

该系统应用了计算机软件编程技术、硬件接口技术、移动通信网络数据传输技术等。

系统借助于控制中心和远端设备的GSM模块、利用移动通信公司的服务，通过本地手机对远端设备发送短信指令进行控制。

远端设备是以单片机为核心，单片机对GSM模块和被控设备进行控制，并在监控中心计算机上显示接收的数据。

该系统是借助于公共移动通信网络进行远程控制和数据传输，比使用专门无线电波段及设备、或者架设专线进行远程控制和数据传输，都有非常大的优势，具有造价低、可靠性高、不受地域限制、实现方便快捷、运行费用低等特点。

1.2硬件设计

硬件设计其核心是西门子公司的TC35模块，该模块功能强大，能够进行语音传输、数据传输等，并且获得有我们国家的通信入网证。

硬件主要由单片机、RS232、TC35模块、SIM卡、接口电路、天线、被控对象等组成。

其电路框图如下图1-1所示。

TC35

单片机

上位机

SIM

卡

本

地

手

机

被控

对象

图1-1

1.3软件设计

软件编程实现主要是以下几个方面：

（1）主程序开始要对模块进行初始化，并且设置异步串口通信方式，设置波特率9600bps，无校验位，8个数据位。

（2）通过串行口发送相应的AT指令进行操作。

（3）对PDU数据包的解码以及通过串行口发送到上位机。

1.4主要技术指标

该设计可以远程控制灯的亮灭以及电机的开启和停止，GSM相关的AT命令，GSM模块的使用。

计算机以及单片机串口通信技术等。

1.5应用

我的课题具有很广泛的应用。

可以应用于工业控制、数据采集系统；电信基站自动测量监控系统；高速公路收费系统、铁路系统；降雨量远程监测系统、地下水远程监测系统；电力系统数据采集与控制系统、变电站数据远程测控系统；各类量度表远程自动抄表系统；河道水位自动监测系统；油井在线生产数据采集与控制系统；家庭所有设备的控制等，应用领域极其广泛。

因此该项目有非常好的推广应用前景，并且能够产生极好的经效益。

第2章GSM系统的设计

2.1GSM系统提供的业务

GSM是以加入窄带综合数字业务网（ISDN），向其用户提供ISDN业务为目标的，它所支持的业务主要有三大类：

1.基本电信业务：

包括电话、短消息、紧急呼叫、传真、话音信箱、智能用户电报等，可以与PSTN（公共电话网）,ISDN等互通。

2.数据传输业务：

包括300b/s和1200b/s异频双工数据传输，1200b/s，2400b/s,4800b/s,9600b/s同步双工数据传输，以及它们的分组式传输等，并与PSTN,ISDN和PDS（综合布线系统，PremisesDistributedSystem）等互通。

3.补充业务：

包括3方通话、会议电话、呼叫转移等。

2.2SIM卡

2.2.1SIM卡的功能

用户识别模块（SubscriberIdentityModule）是一种带微处理器的封装在塑料中的智能IC卡，它是GSM系统中不可缺少的一个重要部分，是用户进入GSM网络的登记凭证。

在SIM卡中，包含有用户识别信息，辅助业务信息、短消息、移动性信息和无线电资源信息等。

在GSM系统中，通过对SIM卡的物理接口、逻辑接口的明确定义，来完成与移动终端的连接和信息交换，同时在SIM卡内进行用户信息存储、执行鉴权算法和产生加密密钥等工作。

只有插入SIM卡，移动终端才能接入网络。

它由CPU（8位）、程序存储器（3-8bit）、工作存储器（6-16bit）、数据存储器（128-256kbit）和串行通信单元五部分组成。

SIM卡分为3V和5V两种。

手机最初使用的是5V的SIM卡；1998年后陆续使用3V的SIM卡；5V的SIM卡容量小且功耗大，容量一般在3K左右，能存储30个电话号码，3V的SIM卡容量大且省电，容量为8K，能存储100个电话号码及其对应的姓名文字，15组短消息等。

SIM卡正面图上有20值数码。

前面6位（898600）是中国的代号；第7位是业务接入号，在135,136,137,138,139中分别为5,6,7,8,9；第8位是SIM卡的功能位，一般为0，现在的预付费SIM卡为1；第9,10位是各省的编码；第11,12位是年号；第13位是供应商代码；第14～19位则是用户识别码；第20位是校验位。

SIM卡正面图如图2-1。

图2-1

2.2.2SIM卡的存储内容

SIM卡是GSM的用户资料卡，它存储着用户的个人电话资料和保密算法、密钥等，下面就SIM卡中所存储的主要内容加以说明：

1.国际移动用户识别码（IMSI）

IMSI是全球统一编码的唯一能识别移动用户的号码，一般由3个部分组成：

移动台国家识别码+长途区号+移动用户号码，其中移动国家识别码3位数，我国为460，后两项共7-12位数。

IMSI被存在SIM卡中，且IMSI与用户电话号码又一一对应地存储于网络的归属用户数据库里。

当移动台用户在归属地或漫游地进入系统时，网络系统均能首先从用户的SIM卡中获取用户识别码，从而识别用户归属于哪个国家，哪个电信部门，甚至哪一个移动业务服务区。

2.个人识别码（（PIN）和SIM卡解锁密码（PUK）

PIN码是SIM卡上的个人密码，主要用来验证SIM卡使用者的身份是否有效。

为了防止他人擅用SIM卡，在移动台接通电源，将SIM卡插入移动台时，就会被要求输入4-8位的PIN码，否则将不能正常通信。

如果用户连续三次输入错误的PIN码，移动台就会提示用户卡己被锁住，这时用户需输入PUK码才能解开。

如果连续十次输错PUK码，SIM卡就将永久报废，无法再使用。

3.用户使用的存储空间

SIM卡中大部分信息是经营者或制卡者所输入且不能更改。

但SIM卡中也可存储部分个人信息，如固定的短消息、号码簿等，用户可以用移动台的键盘来完成个人情息的存储和读出。

这就是所谓SIM卡中的个人存储空间。

2.2.3SIM卡的物理结构

SIM卡的物理结构如图2-2所示。

SIM卡共有8个触点，通过这些触点与移动终端接口，进行相互间的信息传输，并提供SIM卡电路工作时所需的电源。

SIM卡各触点的定义如下：

C1：

Vcc电源电压（3V），TC35模块提供过来的电压。

C2：

RST复位端。

C3：

CLK时钟，时钟速率通常由移动终端提供，SIM卡支持1～5MHz时钟，它在指定时间内运行监权过程时至少需要13/4MHz的时钟频率，其它情况下使用13/8MHz的时钟频率。

C4：

无定义，为将来使用保留。

C5：

GND地。

C6：

Vpp编程电压。

C7：

I/O输入输出。

C8：

无定义，为将来使用保留。

图2-2

SIM卡的电性能要求为使SIM卡能正常工作。

各触点的电性能以及电源开/关时的电性能都是有所要求的。

SIM卡开启电源期间，各触点的激活顺序为：

RST为低电平状态；Vcc加电；I/O处于接收状态；Vpp加电，提供稳定的时钟信号。

SIM卡关闭电源时，各触点的去活顺序为：

RST为低电平状态，CLK为低电平状态，Vpp去电；I/O为低电平状态；Vcc去电。

电源开启时，SIM卡有两种工作方式，即工作方式和空闲方式。

在工作方式时完成与移动终端之间的信息传输，在空闲方式时SIM卡将保留所有相关数据，并支持内部全休眠、指令休眠和时钟休眠三种休眠方式。

2.3短消息业务

SMS短消息是ShortMessageService的英文缩写，是通过移动网络用手机接收和发送有限长度文本信息的一种通信体制。

文本信息可以是汉字，数字，字母或符号以及它们的组合。

GSM的协议规范规定，一条短消息最多可以包含160个英文字母的7-bit编码或是70个汉字等Unicode编码。

世界上第一条短消息是在1992年12月从英国沃达丰（Vodafone）公司的GSM网络由电脑发送到一部手机上的，此后几年内短消息并未得到广泛应用。

直到1998年，欧洲的语音业务渐趋饱和，移动数据业务市场广大，运营商开始注意到短消息市场，Sonera,Vodafone,Mannesmann等公司大力发展短消息业务，使欧洲的短消息迅速火爆。

随着手机在中国的普及，2000年开始，中国移动和中国联通开始开发中国的短消息市场，在中国掀起短消息的热潮。

2.3.1短消息业务的特点

·短消息采用存储一转发的模式，防止了短消息的丢失。

短消息先发送并存储到短消息服务中心，然后由短消息服务中心转发给接收方。

如果接收方不在服务区内或是关机，则短消息服务中心先保存该短消息，等接收方处于服务区内再转发给他。

·短消息的收费十分低廉，这是短消息风靡的决定性因素。

无论距离的远近，接收方免费接收短消息，发送一条短消息网内收费0.1元，网间收费0.15元。

并且发送一定量的短消息运营商会给出一定的优惠政策，这对某些消费群体具有很大的吸引力。

·短消息的升级版本EMS和MMS能够承载多种数据。

它们的内容可以是文本、声音、图像等，更大