基于GSM红外报警系统设计和PDU编码的技术分析论文

时间:2021-08-31

基于GSM红外报警系统设计和PDU编码的技术分析论文

  1 引言

  GSM(Global System for Mobile Communication)是目前全球使用最为广泛的2G移动电话系统,技术成熟可靠;尽管在数据传输速率上远不及3G和4G系统,但在网络覆盖、资费、互操作性等方面仍具有一定的优势,被广泛应用于远程无线数据传输系统,如远程防盗、智能电表、自动售货机、车队管理等领域。本文将介绍基于GSM的远程红外报警系统的设计及PDU编码过程。

  2 系统整体设计

  如图1所示,系统主要由控制单元(AT89C2051)、GSM模块(TC35i)、红外探测器、报警器、电源等组成。红外感应器用于探测目标区域是否存在人或其它物体移动,并将探测信号送至控制单元,控制单元根据信号来控制报警器报警,并通过GSM模块向指定手机发送报警信号。

  3 系统硬件设计

  3.1 GSM模块(TC35i)

  TC35i是西门子公司推出的一款支持中文短信的工业级GSM模块,集射频电路和基带于一体,并支持标准的AT命令集。TC35i的数据接口(CMOS电平)通过AT命令可双向传输指令和数据,它支持Text和PDU格式的SMS,并可通过AT指令或关断信号实现重启或故障恢复。

  TC35i模块具有40个引脚,分为电源、数据传输、SIM、音频接口和控制5大类。本设计中主要引脚使用情况为:(具体电路连接见图1所示)

  1~5作为电源正输入,6~10作为电源负接地,电压范围为3.5~4.8V(推荐为4.2V),设计时要求供电电压不得低于3.3V,峰值电流(2A)时压降不得大于0.4V,否则系统会自动关机,因此要求供电模块内阻+连线电阻应小于200mΩ。

  15为启动脚IGT,31为关闭脚(PD),这两个引脚作为单片机控制TC35i模块开、关机的控制引脚。另外需要说明的是:系统供电后,需要给15脚(IGT)加一个大于100ms的低脉冲(电平下降持续时间要求小于1ms),TC35i才能进入工作状态。若需要关闭TC35i,则只需将31脚(PD)维持至少3.5秒的低电平即可。

  18脚(RXD)和19脚(TXD)作为与单片机连接的串口通讯脚,波特率设为9600。由于TC35i的COMS电平与单片机的TTL电平之间的差异,实际连接时需要进行电平转换,由MAX232芯片完成。

  24~29为专用的.SIM卡引脚,用于外接SIM卡,其中24(CCIN)引脚用于检测SIM卡是否插好,连接好输出高电平,否则输出低电平。

  32引脚SYNC作为TC35i工作状态指示灯的控制端口。

  3.2 控制单元(AT89C2051)

  AT89C2051是美国ATMEL公司生产的一款低电压、高性能CMOS 8位单片机,能够与标准的MCS-51指令兼容。本设计中主要引脚使用情况为:P1.0为报警器控制端口;P3.0/RXD和P3.1/TXD作为与TC35i的通讯口,分别通过MAX232与TC35i的18和19引脚相连。P3.2和P3.3作为红外感应器的控制端口,分别用于红外线发射驱动和红外信号接收。

  3.3 红外感应器

  本次设计采用主动式红外探测器,由红外线发射管和红外接收头两部分组成。红外发射管D3选用L5IR5型红外发射管,由AT89C2051的P3.2端口经三级管Q1来驱动;为指示红外感应器工作状态,在电路上串联一个发光二极管D4。接收端选用带有内置信号放大电路的LF0038型红外接收头,其信号输出端引脚3与AT89C2051的P3.3端口连接。

  3.4 电源设计

  系统电源需求包括+5VDC(供控制单元、红外感应器及报警器用)和+4.2VDC(GSM供模块用)。由于TC35i对电源要求较高,设计中采用单片降压式开关稳压器LM2576-ADJ实现+12VDC到+4.2VDC的转换;而+5VDC则由7805稳压管实现转换。具体电路见图3所示。

  4 AT指令

  AT指令是GSM模块的底层指令,用来控制GSM模块进行无线通信。GSM的AT指令集,是由NOKIA、MOTOROLA、ERICSSON和HP等厂家共同为GSM系统研制的。AT命令包括一般命令、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(SMS)命令、补充业务命令、数据命令、传真命令和串口命令。本设计主要用到GSM的短信发送功能,涉及的主要AT指令见表1所示。

  一条完整的报警短信发送的AT指令流程为:

  控制单元:AT\r // “\r” 代表ASCII字符中的回车字符,值为0x0D,下同。

  GSM返回:\r\nOK\r\n//“\n” 代表ASCII字符中的换行符,值为0x0A,下同。

  控制单元:AT+CMGF=0\r//设置为PDU模式。

  GSM返回:\r\nOK\r\n

  控制单元:AT+CMGS=019//发送一条长度为19的短信,长度计算见PDU编码过程。

  GSM返回:\r\n >\r\n

  控制单元:0891683118325476F811000D91683176563412F0000800048B6662A5//向目标手机(13676543210)发送“警报”的报警信息(本地SIM卡号码为13812345678)的PDU编码,该编码必须以“ctrl_z”结束,值为0x1A。 5 PDU编码过程

  目前,GSM短信编码常用Text和PDU两种模式。Text模式代码简单,但不支持中文短信;PDU模式不仅能发送英文短信,也能发送中文短信,因而应用广泛。PDU模式收发中文短信时,采用的是UCS2编码发送Unicode字符。一般的PDU编码由SMSC地址、基本参数、消息类型、目标地址、协议鉴别符、信息编码方式、有效期、用户信息长度和用户信息九项组成。下面以前面所述向目标手机(13676543210)发送“警报”的报警信息(本地SIM卡号码为13812345678)为例,说明PDU编码过程:

  SMSC地址:08(地址信息长度,共8个字节数,含91和F),91(TON/NPI国际格式,“+”),683118325476F8(短信中心号码,由8613812345678每两位取反得到,最后若为奇数位,则补F后取反)

  基本参数TP-MTI/VFP:11(TP-VP用相对格式)

  消息类型TP-MR:00(00表示为短消息)

  目标地址:0D(目标地址信息长度,共13个十进制数,这点与SMSC地址信息长度定义不同,且不含91和F),91(TON/NPI国际格式,“+”)683176563412F0(短信中心号码,由8613676543210每两位取反得到,最后若为奇数位,则补F后取反)

  协议鉴别符TP-PID:00(普通GSM点到点类)

  信息编码方式TP-DCS:08(UCS2)

  有效期TP-VP:00(5分钟)

  用户信息长度TP-UDL:04(4个字节)

  用户信息TP-UD:8B6662A5(“警报”的                Unicode码)

  前面所述“AT+CMGS=019”指令中,短信长度19。

  6 结束语

  本文基于AT89C2051单片机和TC35i模块构建了基于GSM的远程红外报警系统,系统构成简单,实现容易,可广泛应用于家庭、小区、工厂、商场、酒楼、汽车等领域防盗报警及危险警戒区安全报警。

  韩斌杰,杜新颜,等.GSM原理及其网络优化(第2版).北京:机械工业出版社.2009.

  于园园.基于GSM的远程家居智能控制研究.长春:长春理工大学.2009.

  SIEMENS.TC35i Celluar Engine Hardware Interface Description.Siemens Version00.03.

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