摘 要:介绍用MCS-51系列单片机" title="单片机">单片机控制手机收发短信息的原理、硬件电路、PDU" title="PDU">PDU数据格式和符合GSM" title="GSM">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设备基本上以微处理器为核心,带有RS232/RS485等通信接口" title="接口">接口,在物理层上很容易实现与GSM设备(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,AT指令的详细说明请见文献[4]。
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Text Mode;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。有些地方则不支持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，它由构成短消息(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。
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后以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}
0D91683108370105F004000D81683179133208F10000026080410033802632184CF682D95E0DC2B36D3D170A0243106933D97A0243106933D97A02451068B1983492608
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；此外还可有其他数值,但91最常用,详见文献[1]、[2]。
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,详见文献[2]、[4]。
0B：主叫号码长度。
81：主叫号码类型。
3179133208F1：OA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。
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,它小于短消息ASCII码的长度。
32184CF682D95E30DC2B36D3D170A0243106933D97A0243106933D97A02451068B1983492608:UD 编码后的PDU数据,短信息内容“2002/06/08/13:48ID102OK ID103OK ID201FAIL”。
3 短信息的发送
与接收短消息一样,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:“323030322F30362F30382F31333A343820
49443130324F4B2049443130334F4B2049443230314641494C20”。
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个短信息信元字节)}
手机回答:> {允许上传数据,ASCII码是(＄20H，＄2EH)}
发送:0891683108701305F011000B813179133208F100
00AA2632184CF682D95E30DC2B36D3D170A0243106933D97A0243106933D97A02451068B19834926081A
不计最初9个短信息信元字节,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>符号后才发送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,详见文献[1]。
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,详见文献[2]。
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。
26:PDU格式短信息编码后字节长度。
32184CF682D95E30DC2B36D3D170A0243106933D97A0243106933D97A02451068B1983492608:编码后的PDU数据,短信息内容为：“2002/06/08/13:48ID102OK ID103OK 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SIEMENS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。
参考文献
1 GSM03.39 (Version6.0.0): European digital cellular telecommunications system (Phase2+)；Interface protocols for the connection of Short Message Service Centres (SMSCs) to Short Message Entities (SMEs) [S].
2 GSM03.40 (Version6.0.0):European digital cellular telecommunications system (Phase2)；Technical realization of the Short Message Service Point to Point [S].
3 Short Message Pereto Pere Protocol Specifi-cationv3.4 (document version:-12-oct-1999 issue1.2) [S].
4 Digital cellular telecommunications system (Phase 2+)；Use of Data Terminal Equipment-Data Circuit terminating；Equipment (DTE-DCE) Interface for Short Message Service (SMS) and Cell Broadcast Service(CBS)(GSM 07.05 version 7.0.1 Release 1998)[S]