基于51单片机的短信收发系统设计硬件设计.docx

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基于51单片机的短信收发系统设计硬件设计

单片机原理及应用课程设计

设计题目：

基于51单片机的短信收发系统设计——硬件设计

姓名**

学号20185**

院系物理与电子工程学院

专业电子信息科学与技术

年级2018级

指导教师**

2020年6月10日

第4章系统程序设计.............................................................................13

摘要

本设计主要研究如何由单片机控制GSM模块实现短信收发。

系统设计包括硬件、软件设计，本设计只对硬件设计进行讨论。

设计中首先介绍了GSM网络和短消息在现阶段的应用情况，并简单介绍短消息业务及其优缺点，特别对短消息的关键技术给出详尽的描述和说明。

然后对系统主要组成部分GSM手机模块、单片机及它们的外围电路设计进行阐述，同时简单介绍系统印制电路板的设计。

最后给出系统的软件设计流程。

关键词：

单片机短信息；GSM； AT指令

ABSTRACTThis design mainly studies how to send and receive short messages controlled by SI

GLE chip microcomputer GSM module.System design includes hardware, software design, this design only discusses the hardware design.Firstly, the application of GSM network and short message is introduced, and the short message service and its advantages and disadvantages are briefly introduced, especially the key technologies of short message are described in detail.Then the main components of the system GSM mobile phone module, SCM and their peripheral circuit design, and briefly introduced the system printed circuit board design.Finally, the software design flow of the system is given.

Keywords:

MCUSHORT；messageGSM；ATinstruction

第1章绪论

1.1设计背景

随着GSM （Global System for Mobile）网络的迅速普及，GSM网络在全国范围内实现了联网和漫游，它比起传统的无线网络在覆盖上具有无法比拟的优势,使用上用户无需另外组网，对用户的数量也没有限制，极大提高网络覆盖范围，也克服了传统的专网通信系统投资成本大，维护费用高等缺点。

现在，运用此网络开发和应用新技术、新业务已经提到十分重要的位置。

短消息服务SMS （Short Message Service）业务作为GSM网络的一项基本业务， 以其传递信息方便，价格低廉，实时性强性能稳定，抗干扰能力强，可远距离无线传输等优点，已经得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。

GSM模块是继GSM手机外又一种非常重要的GSM移动通信系统终端设备。

它是传统调制解调器与GSM无线移动通信系统相结合的一种数据终端设备，也称为GSM Modem它的出现给GSM的发展注入了新的活力，改变了传统的以话音为主的通信手段，打开了GSM网络数据通信及应用的大门。

GSM模块在短信息方面的应用最具优势，具有永远在线、不需拨号、价格便宜、覆盖范围广等特点，能实现无线数据的双向传送、无线远程检测和控制等,特别适用于需频繁传送小流量数据的应用，被广泛应用于远程数据采集、监控/监测、报警/预警、车辆调度/安全/导航、企业数字化管理与信息发布等诸多领域，可以开发出多种前景极其乐观的各类应用，应用前景广范[1][2]，应用结构如图1所示:

图1应用结构框图

1.2应用现状以及发展趋势

本系统主要研究如何运用GSM手机模块在计算机终端实现短信息的收发（即图1中虚线部分）。

设计中采用STC 89C52 单片机和ISiemens公司的GSM模块TC35实现具有短信收发功能的GSM Modem原型。

通过RS232申口将该Modem与PC机相连,并在EPC机上开发前台软件，实现中英文短信点对点的双向收发，从而实现与用户手机或GSM模块的远程通信功能。

系统设计由两大部分组成:

硬件设计与软件设计。

硬件设计主要研究单片机对CSM模块控制，及单片机与计算机通信。

软件设计则是用Visual BASIC编写收发短信的可视化应用软件终端。

此处主要研究系统硬件部分，该部分包括TC35通信模块电路、电源电路和单片机系统。

TC35通信模块电路由IGT （Ignition）启动电路、SYNC （Synchronizat ion）指示灯电路、SIM （Subscriber Identification Module）卡电路组成;单片机系统则包括单片机最小系统、单片机与TC35通信电路、单片机与PC机通信电路。

系统结构如图1所示。

图2系统硬件结

第2章短消息简介

短消息是移动终端通过移动网络收发简短文本信息的一种通信机制。

文本信息可以是汉字，数字，字母或符号以及它们的组合。

随着GSM移动网络的发展，越来越多的用户认识到GSM短消息业务的好处，短消息已成为GSM通信中的重要组成部分。

短消息业务具有向移动用户收发由字符或数字组成、不超过140字节文本信息的能力。

短消息采用了存储转发模式，短消息被发送出去后先存储在短消息业务中心，再由短消息业务中心根据寻找到的目标移动终端的路由信息发送给目标移动终端。

因此GSM短消息的传递是有保证的。

即使一个目的移动终端暂时不可达（比如关机或无信号），网络也会保留发给它的消息并等到该移动终端又出现在网络中后再传递。

2.1.1短消息业务分类[3][4]

短消息业务按其实现的方式可以分为点对点短消息业务和小区广播短消息业务。

通常提到的短消息业务主要是指点到点短消息。

本文涉及的短消息业务也是指点对点短消息业务。

点对点短消息业务能够使GSM网络用户发出或接收长度有限（不超过140个字节）的数字或文字消息，并且短消息的收发不影响通话。

2.1.2短消息业务的优缺点

我们可以把短消息业务当作是GSM系统中最为简单和方便的数据通信方式，它不需要附加其它较为庞大的数据终端设备。

仅使用手机就可以达到进行中、英文信息交流的目的。

短消息它有以下几个优点[4][5]:

（1）点到点的通讯方式。

只要知道对方的手机号码，就可以直接向对方的手机发送短消息。

回复信息也是如此。

这样的工作方式使得手机如同Intemet网络中拥有固定IP地址的计算机一样，可以随时随地与它建立联系。

（2）时时在线。

只要手机处于开机状态，那么随时就可以接收短消息，同时，用户可以随时发送短消息，可以说是24小时在线。

另外，短消息服务中心能够存储信息，对由于关机或其它原因而没有收到的短消息临时存储，只要提交短消息时间有效期设置恰当，等到再开机后仍然可以接收此短消息。

短消息的这些优点是目前很多无线网络通讯所不能及的。

短消息业务获得了巨大的成功，但其也存在一些弊端与不足之处，主要体现在三个方面[6]:

（1）短消息服务中心处理能力不够，每秒只能处理几百条短消息。

特别在各个节日，像春节、元旦等，短消息业务量急速上升，存在着很长的延时，严重时短消息中心发生阻塞，服务质量下降。

（2）垃圾短信泛滥，对人们的正常生活造成一定影响。

2.2短信息技术分析[7]

2.2.1AT（Attention）指令集

单片机与TC35模块通信是通过AT指令。

由AT指令可以进行呼叫、短信、电话本、数据业务、补充业务、传真等方面的控制。

AT指令集中有多套指令，包括呼叫控制命令、网络业务命令、安全性命令、电话本命令、短消息命令、补充业务命令、数据命令、传真命令、串口控制命令。

本系统中只涉及到短消息和串口的命令控制。

一般的AT命令都由AT开头，除了发送短消息最后是以+结束外,其余的都是以回车符结束的。

响应形式都是。

单片机通过串行接口直接向TC35模块发AT命令，能完成多种功能。

如网络登录读取SIM卡上的电话号码、发送SMS消息、接收SMS消息等。

这样就可以方便简洁地实现短消息的收发、查询和管理。

2.2.2短消息模式及编码方式

GSM07. 05协议中定义了短消息发送的3个模式，用于移动台和终端设备之间通过异步接口传送SMS短消息。

主要分为:

Block模式、Text模式和PDU （Protocol Data Unit协议数据单元）模式。

其中Block模式已逐渐被PDU模式所取代。

而Text模式收发短信原理简单,程序实现起来比较容易,但其显著的缺点是只能收发英文信息而不能收发中文信息。

PDU模式则完全可以解决这个问题，通过PDU编码的短消息内容不仅可以是英文而且也可以是中文[7]。

PDU模式下短消息采用了三种编码方式，即7bit、8bit和USC2编码。

7Bit编码用于收发普通的ASCII字符（如英文字符）,8Bit编码通常用于收发数据消息，USC2编码用于收发Unicode字符（如中文字符）[4]。

第3章系统硬件介绍及设计

在上面系统设计任务分析一节中，已对系统的整体硬件结构进行分析。

此处对硬件结构组成部分TC35通信模块电路、电源电路和单片机系统进行详细介绍。

系统整体框图如上面图2所示。

3.1系统电源电路

电源电路主要是由L7805和LM317这两个三端稳压电源模块构成的。

L7805将输入的直流电压稳压在+5V，输出为整个单片机系统提供工作电压，保证单片机系统的正常工作。

LM317是个可调稳压器，它的可调范围是+1.2V至+37V,此处通过1K和2.2K电阻将其调节在输出电压为+3.6V,输出连接到ZIF （Zero Insertion Force） 连接器的1-5引脚，为TC35模块提供稳定的电源。

电路如图3.1所示：

图3供电电源电路

3.2TC35模块及其外围电路介绍

3.2.1TC35模块介绍

目前，市场上可供选择的GSM模块较多，国内已经开始使用的GSM模块有Falcom的A2D系列、Wavecome的WMO2系列、SIEMENS的TC3X系列、爱立信的DM10/DM20系列、中兴的ZXGM18系列等，而且这些模块的功能、用法差别不大。

其中西门子的TC35系列模块性价比很高，并已经有国内的无线电设备入网证[2]。

所以本设计选用的是西门子TC3X系列的TC35。

TC35模块是高性能通信模块,主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块（ASIC）、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。

作为TC35核心的基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中所有的模拟和数字功能。

它由一个混合了信号基带IC,包括所有蜂窝系统模拟和数字功能的单个芯片组成，核心是C166MCU处理器和数字信号处理器，用来控制模块内的各种信号的传输、转换、放大等处理过程。

GSM射频部分是一个单片收发器SMARTi，它由--个外差式接收器、上变频调制环路发送器、一个射频锁相环路和一个全集成中频合成器功能