單片機給手機發(fā)短信

隨著科技的飛速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，手機的普及率越來越高，更新也越來越快，價格也越來越便宜。因為手機工作的無線網(wǎng)絡覆蓋范圍廣，在信息傳遞方面性能穩(wěn)定、可靠，所以把手機作為信息傳遞的載體，與單片機結合起來構成應用系統(tǒng)有著強大的生命力和廣闊的應用空間，特別是在遠程數(shù)據(jù)傳輸、遠程監(jiān)控等領域更是受到電子設計應用工程師的關注。一些專業(yè)刊物也介紹了一些有關這方面的文章，然而由于手機的控制指令復雜，數(shù)據(jù)格式繁瑣，工程技術人員在進行單片機與手機的硬軟件接口設計時經(jīng)常會遇到很多困難，有時還無資料可查。筆者在完成一個項目的開發(fā)過程中，針對幾種手機進行了大量的測試和實驗，在此基礎上歸納出一些帶規(guī)律性的結論，對此結論，工程設計人員可拿來即用，大大縮短研發(fā)周期，現(xiàn)在把它公布出來，愿與廣大電子設計人員共享。

1 硬件接口技術方面
目前市場上流行的大部分手機幾乎都具有數(shù)據(jù)引出口，并基本上都支持與GsM短信息相關的AT控制指令(GSM-SMS-AT指令)，手機通過數(shù)據(jù)口以串行方式接收指令并向外輸出數(shù)據(jù)。理論上講，在數(shù)據(jù)口中找出RxD、TxD和GND引腳與單片機的串口對應連接即完成了硬件接口。然而，實際上由于不同品牌，不同型號手機的RxD、TxD和GND引腳并非一致，找查這三根線有時也非易事；況且手機數(shù)據(jù)口的電平既不是RS232電平，也不是TTL電平，與由5V供電的單片機串口還不能直接連接。最簡單可靠的方法是使用手機的數(shù)據(jù)線建立單片機與手機的硬件連接。手機數(shù)據(jù)線是專為連接PC機9針串口而設計的，信號電平為標準的RS232電平，只要單片機的串口也轉換為Rs 2 3 2電平，就可方便連接。9針串口引腳定義是固定的，即2腳為TxD(手機發(fā)送)，3腳為RxD(手機接收)、5腳為GND。這樣，無論什么型號的手機與單片機的連接就成了固定連接，不需要知道手機數(shù)據(jù)口信號的具體定義，二者通過數(shù)據(jù)線的連接電路如圖1所示。

需要注意的是：不同手機數(shù)據(jù)線內(nèi)部電平轉換芯片的供電方式是不同的，有的是通過手機直接供電；有的是通過竊取PC機串口某些引腳(通常為4、6、7、8引腳)的電流經(jīng)內(nèi)部整流濾波穩(wěn)壓后提供。判斷的方法是將數(shù)據(jù)線一端插到手機數(shù)據(jù)口，測量另一端2腳與5腳之間的電壓，如果有一7V左右的電壓，則為前者，如果測不出電壓，則為后者，對于后者則需要單片機為4、6、7、8引腳任意一引腳提供+5V電壓即可，如圖1中虛線所示。

2 軟件接口技術及控制原理
單片機與手機的軟件接口其實就是單片機通過與GSM短信息有關的AT指令控制手機的控制技術，如讀取手機的短消息內(nèi)容，刪除短消息內(nèi)容，列出手機中還未讀的短消息等。關于AT指令的功能描述見參考文獻[1，2]的文章內(nèi)容，此處不再贅述。然而，執(zhí)行一條指令，也并非某些資料中介紹得那么簡單。事實上，指令的執(zhí)行過程需要單片機與手機交互應答完成，每一次發(fā)送或接收的字節(jié)數(shù)有嚴格的規(guī)定，二者必須依據(jù)這些規(guī)定實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，否則，通信就是失敗的。筆者經(jīng)過對幾種手機反復測試，總結出來一些規(guī)律，如表1所列。

對幾個問題說明如下。
①所有AT指令的指令符號、常數(shù)、PDu數(shù)據(jù)包等都是以ASCII編碼形式傳送的，比如“A”的ASCII編碼為41H，“T”的AscII編碼為54H，數(shù)字“0，，的AsCⅡ編碼為30H等。
②單片機控制手機工作，必須把手機的短信息工作模式設置為PDu格式，即通過指令AT+cMGF=O完成。
③單片機向手機發(fā)送每一條指令后，必須以回車符作為該條指令的結束，回車的ASCII編碼為0DH。例如，單片機向手機發(fā)送“AT+CMGF=0”這條指令，其ASCII編碼序列為“41H、54H、2BH、42H、4DH、47H、46H、3DH、30H、0DH”，最后一個字節(jié)0DH就是回車符，表示該條指令結束，如果沒有這個回車符，手機將不識別這條指令。
④當手機接收到一條完整的AT指令后，手機并不立即執(zhí)行這條指令，而是先把剛才接收到的AT指令的全部ASCII編碼序列全部反發(fā)送出來(含0DH)，然后發(fā)送一個回車符和換行符的ASCII編碼，即0DH和0AH，最后執(zhí)行該條指令。
⑤手機向單片機傳送短信息內(nèi)容時，其PDu數(shù)據(jù)包的內(nèi)容是以十六進制表示的數(shù)據(jù)，但并不是直接向單片機傳遞十六進制數(shù)據(jù)，而仍然是把每一位十六進制數(shù)以AscII編碼來發(fā)送。這樣，二個字節(jié)的十六進制數(shù)就變成4字節(jié)的ASCII碼。但是，PDU數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)字節(jié)長度部分仍然是實際字節(jié)長度，而不是變成AscII碼的字節(jié)長度，這在編程時應特別注意，否則，接收的數(shù)據(jù)就不完整。單片機接收到PDU數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)后，必須將其恢復成十六進制數(shù)據(jù)，其算法如下：設a為接收的ASCII碼，b為轉換后的十六進制數(shù)。如果a39H，則b=a-30H；如果a>39H，則b=a-30H-07H，最后把前后兩個數(shù)合并為一個字節(jié)。
⑥手機向單片機應答PDU數(shù)據(jù)包的字節(jié)數(shù)不包括前9字節(jié)數(shù)據(jù)(短信服務中心地址)，但向單片機傳送PDU數(shù)據(jù)包時，包括這9個字節(jié)的數(shù)據(jù)。例如，如果手機應答的PDU數(shù)據(jù)長度為50，而實際向單片機傳送的十六進制數(shù)據(jù)為59字節(jié)，ASCII碼為2×59字節(jié)，所以，單片機必須按2×59字節(jié)接收PDU數(shù)據(jù)。

3 應用實例
筆者利用上述原理和接口技術開發(fā)了一個項目：高速公路顯示導引系統(tǒng)。安裝在高速公路上的LED顯示屏實時顯示前方路段車輛通行態(tài)勢和天氣氣候情況，提醒并引導駕駛人員，正確駕駛。該系統(tǒng)的使用一定程度上消除了許多交通事故隱患，從而保障了道路的暢通和人民生命財產(chǎn)的安全。該系統(tǒng)由控制中心和若干個顯示屏組成?？刂浦行膶崟r將最新信息發(fā)送到各顯示屏。構建控制中心與顯示終端的通信鏈路，傳統(tǒng)的方法要么鋪設光纜用有線方式實現(xiàn)，要么構建專用無線網(wǎng)用無線方式實現(xiàn)。因為高速公路的特殊性，控制中心與顯示終端之間的距離通常很遠，兩種方案都必須投入大量資金和巨大的施工工作量。如果采用GSM公眾無線傳輸網(wǎng)絡，控制中心以短信息的形式把顯示信息發(fā)送到顯示終端的技術方案，則具有投資小，施工方便，工作可靠，運行費用低等諸多優(yōu)點。
在控制中心，微機編輯好短信息后通過手機這個載體發(fā)送出去。在顯示終端，單片機通過讀取手機的短信息把它顯示到LED顯示屏上。項目的核心技術是單片機與手機的接口和PDU數(shù)據(jù)包中的漢字信息編碼。因為短信息中的漢字僅僅是一個編碼，單片機應用系統(tǒng)將編碼變?yōu)闈h字點陣數(shù)據(jù)，必須配置漢字字庫。按GSM07.05協(xié)議規(guī)定，短信息中的漢字編碼為Unicode編碼，如果構建一個Unicode編碼的漢字字庫，確實是一件繁瑣的工作，因此，在設計單片機應用系統(tǒng)時，采用如下兩點技術措施。
①單片機系統(tǒng)配置的字庫為GB-2312編碼的漢字庫，即區(qū)位碼漢字庫，該漢字庫在網(wǎng)上可免費下載，固化到Flash存儲芯片中即可。當然這樣做的前提是PDU數(shù)據(jù)包中的漢字編碼必須為漢字內(nèi)碼而非Unicode編碼。
②控制中心編輯PDU數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)時，采用自定義數(shù)據(jù)方式，其中，代表漢字的數(shù)據(jù)，直接取用漢字的機內(nèi)碼即可，免去了把機內(nèi)碼再轉換為Unicode編碼之苦。實踐證明，這是可行的。
采用以上技術措施的優(yōu)點，一是省去了兩種編碼的相互轉換；二是保證了數(shù)據(jù)的保密性，非系統(tǒng)內(nèi)用戶無法接收，即使接收也無法顯示。
該項目研制成功投入使用后，因顯示終端只接收不發(fā)送，幾乎沒有運行成本。發(fā)送端(控制中心)可采用月租方式，也能把運行費用降低到最低限度。因此該項目得到用戶滿意的評價。

GSM（Global System for Mobile communication）系統(tǒng)是目前基于時分多址技術的移動通訊體制中比較成熟、完善、應用最廣泛的一種系統(tǒng)。目前已建成的覆蓋全國的GSM數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)，是我國公眾移動通信網(wǎng)的主要方式。主要提供話音、短信息、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務?；贕SM短消息功能可以做成傳輸各種檢測、監(jiān)控數(shù)據(jù)信號和控制命令的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，能廣泛用于遠程監(jiān)控、定位導航、個人通信終端等。由于公眾GSM網(wǎng)絡在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，建立上述系統(tǒng)不須再組建專用通信網(wǎng)絡，所以具有實時傳輸數(shù)據(jù)功能的短消息應用將得到迅速普及。

目前，人們設計的各類DTE設備基礎上以微處理器為核心，帶有RS232/RS485等通信接口，在物理層上很容易實現(xiàn)與GSM設置（如手機等）的連接。但對SMS協(xié)議的研究文獻卻較少，特別是用單片機控制手機的SMS（Short Message Service）收發(fā)的研究更少。筆者在用單片機設計基于GSM的SMS數(shù)據(jù)采集器時，對怎樣用單片機控制手機收發(fā)短信息進行了探討。