今天突然有個(gè)同學(xué)問(wèn)我單片機(jī)如何和手機(jī)通信，我們?cè)谟脝纹瑱C(jī)做產(chǎn)品的時(shí)候，難免會(huì)用到單片機(jī)和手機(jī)通信，所以今天我們就來(lái)學(xué)習(xí)下如何用單片機(jī)控制手機(jī)通信。

中國(guó)聯(lián)通數(shù)字移動(dòng)電話(GSM)網(wǎng)是向社會(huì)公眾提供通信服務(wù)的公用通信網(wǎng)，它是目前基于時(shí)多址技術(shù)的移動(dòng)通信體制中，比較成熟完善，且應(yīng)用最廣泛的一種系統(tǒng)，是我國(guó)公眾移動(dòng)通信網(wǎng)的主要方式，基于GSM的短信信息服務(wù)，是一種在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上傳送簡(jiǎn)短信息的無(wú)線應(yīng)用，是一種信息在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)寄的過(guò)程，由于公眾GSM網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)實(shí)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(luò)，所以具有實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)功能呢的短信應(yīng)用將得到迅速普及。

這個(gè)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(gè)模組組成。

系統(tǒng)中，三個(gè)模塊相互獨(dú)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(jī)為核心，以RS232通信接口，在物理層上實(shí)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(jī)與GSM模塊一般采用串行異步通信接口，通信速度可設(shè)定，通常為19200bps。采用這種RSM232電纜方式進(jìn)行連接時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃暂^好。RS232接口方式連接，通過(guò)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(jiǎn)單，所涉及的芯片包括單片機(jī)89C51和電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232，是非常常見(jiàn)的接口電路。需要說(shuō)明的是，該接口通過(guò)IIC總線(之前的文章中提到，不明白的朋友可自行翻閱)擴(kuò)展了一個(gè)EEPROM存儲(chǔ)器，主要作用是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而且斷電信息也不會(huì)丟失，這些特性正式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)所必須的。

GSM的短信息業(yè)務(wù)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(hào)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(wù)中心，經(jīng)短信息服務(wù)中心完成存儲(chǔ)后在發(fā)送給最終的信訴。所以當(dāng)目的GSM終端沒(méi)開機(jī)時(shí)信息不會(huì)丟失，每個(gè)短信的信息量限制為160字節(jié)。

現(xiàn)在市場(chǎng)上大多說(shuō)手機(jī)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(shù)委員會(huì))發(fā)布的，其中包含了對(duì)SMS的控制。利用GSM手機(jī)的串行接口，單片機(jī)向手機(jī)收發(fā)一系列的AT命令，就能達(dá)到控制GSM模塊收發(fā)SMS的目的。必須注意的是，用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)，編程必須注意它發(fā)送指令與接收到的響應(yīng)都是字符的ASCII碼，用單片機(jī)控制GSM模塊收發(fā)短信息所涉及的AT指令如圖。

二、軟件實(shí)現(xiàn)

【上位機(jī)模塊和下位機(jī)模塊半雙工通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)】

【應(yīng)答和重發(fā)】

上位機(jī)模塊和下位機(jī)模塊的通信雙方遵照半雙工通信方式進(jìn)行，即數(shù)據(jù)傳送是雙向的，但是，任何時(shí)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?yàn)镋EPROM的讀出和寫入不能同時(shí)進(jìn)行。為了避免一方在發(fā)送信息幀時(shí)(這里的信息幀指的是下位機(jī)模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)幀和下位機(jī)模塊發(fā)送的命令幀，下同)，另一方也會(huì)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(yīng)答后——再發(fā)。

按照整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，上位機(jī)模塊發(fā)送的幀包括命令幀、確認(rèn)幀和非確認(rèn)幀;下位機(jī)模塊發(fā)送的幀包括數(shù)據(jù)幀、確認(rèn)幀和非確認(rèn)幀。其中確認(rèn)幀和非確認(rèn)幀是發(fā)送數(shù)據(jù)后等待對(duì)方發(fā)送的應(yīng)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(shí)信息幀，當(dāng)一方先發(fā)送完信息幀，如果收方接收到對(duì)方的信息幀，而又沒(méi)有信息幀需要發(fā)送，那么情況就比較簡(jiǎn)單，收方將根據(jù)信息幀的正確與否決定發(fā)送確認(rèn)幀還是非確認(rèn)幀，以使對(duì)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(yīng)答幀，那么收方將不立即發(fā)送應(yīng)答幀，而是立即發(fā)送本方的信息幀給對(duì)方，在收到對(duì)方的應(yīng)答幀后，收方將依據(jù)應(yīng)答幀的內(nèi)容(即確認(rèn)幀或非確認(rèn)幀)決定是繼續(xù)發(fā)送下一信息幀，還是重新發(fā)送原來(lái)的信息幀。

【延時(shí)重發(fā)】

在雙方通信過(guò)程中，有兩個(gè)時(shí)間T1和T2，分別表示重新發(fā)送信息幀的最大延時(shí)。T2表示一方發(fā)送信息幀收到對(duì)方應(yīng)答幀的時(shí)間，如果等待應(yīng)答幀的時(shí)間超過(guò)了T1，則發(fā)方會(huì)重新發(fā)送原來(lái)的信息幀，當(dāng)收方接收到對(duì)方發(fā)送的信息幀，如果對(duì)方此時(shí)有需要發(fā)送的信息幀，則收方此時(shí)不發(fā)送應(yīng)答幀，而是發(fā)送信息幀給對(duì)方。也就是說(shuō)，利用對(duì)方等待收方應(yīng)答幀的時(shí)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(gè)延時(shí)重發(fā)的問(wèn)題。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，如果沒(méi)有收到對(duì)方應(yīng)答幀，收方也同樣需要重發(fā)原來(lái)的信息幀，這個(gè)規(guī)定的時(shí)間就是T2。顯然由于收方是利用間隙時(shí)間發(fā)送本方信息幀，所以T1>T2。

【幀格式】

GSM模塊通過(guò)異步通信接口實(shí)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(shuō)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(biāo)記由固定的字符“WQ”構(gòu)成。

幀序號(hào)表示數(shù)據(jù)幀的序號(hào)，由兩個(gè)字節(jié)組成，幀序號(hào)表示下位機(jī)模塊發(fā)送的遞增數(shù)據(jù)幀序號(hào)和上位機(jī)模塊發(fā)送的命令幀序號(hào)。為了簡(jiǎn)化幀結(jié)構(gòu)，命令幀的序號(hào)統(tǒng)一為OOH。

數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度為154字節(jié)，最多發(fā)送77個(gè)字符(采用TEXT模式，不能發(fā)送漢字)。

檢驗(yàn)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(gè)字節(jié)組成。、

除了信息幀外，雙向傳遞的還有應(yīng)答幀，它包括確認(rèn)幀和非確認(rèn)幀。確認(rèn)幀是雙方反饋給發(fā)方的應(yīng)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(rèn)幀格式僅包括兩個(gè)字段，且兩個(gè)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(rèn)幀格式如下。

非確認(rèn)幀時(shí)收方給發(fā)方的應(yīng)答幀，表示收方收到的是無(wú)效的信息幀，其格式與確認(rèn)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(gè)字節(jié)為一個(gè)塊進(jìn)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(shè)計(jì)】

【主函數(shù)的設(shè)計(jì)思路】

開機(jī)上電后，程序在主函數(shù)中運(yùn)行，單片機(jī)和GSM模塊分別進(jìn)行初始化。單片機(jī)的初始化包括設(shè)置串口工作方式、波特率，并初始化變量和標(biāo)志位，GSM模塊初始化包括重新啟動(dòng)、關(guān)閉回顯、設(shè)置在TXET模式下的返回值中不顯示詳細(xì)的頭信息、選擇短息格式為TEXT模式、開發(fā)串口中斷準(zhǔn)備接受數(shù)據(jù)。

【GSM返回函數(shù)的處理——SHELL函數(shù)】

SHELL是進(jìn)入時(shí)鐘中斷程序時(shí)被調(diào)用時(shí)，該函數(shù)是對(duì)GSM模塊返回參數(shù)進(jìn)行處理的函數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，需要對(duì)GSM模塊進(jìn)行下列操作：呼叫對(duì)方模塊號(hào)碼、發(fā)送數(shù)據(jù)、閱讀短信、刪除短信。基于以上操作指令，如果操作成功GSM模塊會(huì)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(jī)模塊將轉(zhuǎn)向不同的操作步驟，判斷并改變標(biāo)志位的值。

【短信數(shù)據(jù)的處理——EXECDATA函數(shù)】

進(jìn)入時(shí)鐘中斷調(diào)用SHELL函數(shù)時(shí)，如果接收到了返回的參數(shù)+CMTI，表明上位機(jī)模塊向下位機(jī)模塊發(fā)送了短信數(shù)據(jù)，可能是命令幀，也可能是確認(rèn)幀或者非確認(rèn)幀。在這種情況下，SHELL函數(shù)需要對(duì)短信內(nèi)容進(jìn)行分析，并根據(jù)短信的內(nèi)容進(jìn)行不同的處理，負(fù)責(zé)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(lái)分析并處理短信數(shù)據(jù)。