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利用单片机控制手机收发短信息

摘要:介绍用MCS-51系列单片机控制手机收发短信息的原理、硬件电路、PDU数据格式和符合GSM07.05协议要求的短信息发送/接收程序,同时给出了一个应用实例。

关键词:单片机 短信息 PDU GSM 接口

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

GSM07.05
Function(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:
SMSC
PDU类型MRDAPIDDCSVPUDLUD(0~140octed)

当以移动终端为目的时,PDU的格式为:

SMSC PDU类型 OA PID DCS SCTS UDL UD(0~140octed)

其中,SMSC为短消息业务中心地址,DA/OA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,,24{1表示信息个数,2表示未发信息,24表示信息总容量}

0D71683108370105F004000D81683179133208F10000026080410033802632184CF682D

95E0DC2B36D3D170A0243106933D97A0243106933D97A02451068B1983492608

OK

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。

1sthex
B0A6A5A4A3A2A1A0
2ndhex
C1C0B6B5B4B3B2B1
3rdhex
D2D1D0C6C5C4C3C2
4thhex
E3E2E1E0D6D5D4D3
5thhex
F4F3F2F1F0E6E5E4
6thhex
G5G4G3G2G1G0F6F5
6thhex
H6H5H4H3H2H1H0G6

02608041003380: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。

32184CF682D95E30DC2B36D3D170A0243106933D97A0243106933D97A02451068B1983492608: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:“32030322F30362F30382F31333A34382049443130324F4B

2049443130334F4B2049443230314641494C20”。

发送:ATE {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:0891683108701305F011000B813179133208F10000AA2632184CF682D95

E30DC2B36D3D170A0243106933D97A0243106933D97A02451068B19834926081A

不计最初9个短消息信元字节,本短信息有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(CTRL^Z)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
0~143
(VP+1)×5分钟
144~167
12时+(VP-143)×30分
168~196
1天×(VP-166)
197~255
1周×(VP-192)

26:PDU格式短信息编码后字节长度。

32184CF682D95E30DC2B36D3D170A0243106933D97A0243106933D

97A02451068B1983492608:编码后的PDU数据,短信息内容为“2002/06/08/13:

48ID102OKID103OK ID201FAIL”。

1A:ASCII码CTRL^Z: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2.7~5.5V,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SIM卡,而SIM卡已满,故不再接收信息。改变PID的设置即可。

(4)收不到开机前的短消息

主要是发送数据时,对短消息有效时间VP值设置不当造成的。