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GSM无线模块在嵌入式系统的应用 短消息监控系统设计

2018年04月30日 09:43 次阅读

无线监控已成为工业控制中安全生产、及时收集重要数据必不可少的部分,利用现代化的信息技术手段,建设安全生产监督管理网络系统,才能将安全生产和安全监督管理工作做好,随着通讯技术的发展,移动通信覆盖的不断扩大,基于GSM网络的无线监控系统已广泛应用于工业控制、电力监控、智能楼宇和数据传输等方面,加上GSM网络具有前期投资少、不受地域限制、通信实时性高等优点使得它在无线监控领域扮演更重要的角色。利用的ARM9处理器主频高、速度快、内存容易扩展、可以运行嵌入式Linux系统设计平台等特点,通过软硬件模块的设计,在GSM无线网络上实现了短消息的发送。此系统可以应用在采油电机环境参数监控上,实时监控油管的压力和温度等参数,保证油井的安全正常工作。

1 系统总体设计

图1所示是基于AT91RM9200的短消息监控系统,该平台主要包括微处理器单元,GSM/GPRS无线模块,存储模块,串口通讯模块,网口通讯模块,USB模块和电源模块

GSM无线模块在嵌入式系统的应用 短消息监控系统设计

系统构建的嵌入式系统平台,主要用于采集数据的处理、存储、发送和监控。具体工作原理是在基于ARM920T内核的主频为180 MHz的AT91RM9200微处理器上,通过串口将下行数据传输至Flash存储,然后利用串口、USB和100 Mbit·s-1以太网3种接口方式将数据发送至目标,同时通过GSM无线通信的方式进行数据监控。

此系统在采油电机环境参数传输与通信系统存储模块的应用过程中,主要完成对采样和监测处理后的数据进行存储,并通过各种接口传送至上位机显示,以便工作人员对井下电机的环境数据进行观测和处理。无线传输模块可将存储模块接收到的数据以无线通信的方式发给油井监测人员,使监测人员可随时了解油井的采油情况。

2 系统硬件电路设计

系统中短消息收发功能的模块采用华为公司的4频GSM/CPRS模块MG323,工作频段支持4频:GSM850/900/1800/1900 MHz,接收灵敏度《-107 dBm,工作温度-30~+75℃,电源电压3.3~4.8 V,平均待机电流《3.0 mA,协议支持GSM/GPRS Phase2/2+。MG232含有丰富的对外应用接口,包括B2B连接器接口、电源接口、开/关机和RESET时序、控制信号接口、UART接口、SIM卡接口、充电接口、音频接口

GSM无线模块在嵌入式系统的应用 短消息监控系统设计

MG323与AT91RM9200的硬件电路如图2所示。ARM通过控制TERM_ON来控制MG323的开关,当TERM_ON管脚拉低≥1 s后,即可开机;开机后,如果再次将TERM_ON管脚拉低≥1 s,即可关机;控制RESET来控制MG323的硬件复位,当模块出现软件死机时,通过拉低RESET管脚≥10 ms后,模块进行硬件复位。

由于MG323模块对外提供一路异步RS-232UART1通信接口,UART1支持标准Modem握手信号控制方式,故MG323GSM模块通过RS232与AT91RM 9200的UART1相连接。其控制信号主要为:UART1_RD(模块数据发送端),UART1_TD(模块数据接收端),UART1_RING(模块振铃指示),UART1_ DSR(模块数据设备就绪),UART1_RTS(请求发送),UART1_DTS(数据终端就绪),UART1_CTS(模块清除发送),UART1_DCD(模块载波检测)。RT S/CTS为请求发送信号,RTS是发送起输出的准备好信号。接收双方准备好,送回清除发送信号CTS后,发送数据开始进行,在同一端将这两个信号短接就意味着只要发送器准备好即可发送。DCD载波检测又称接收线路信号检测,本意是Modem检测到线路中的载波信号后,通知终端准备接收数据的信号在没有接Modem的情况下,也可以和RES,CTS短接。DTR/DSR数据终端准备好时发DTR信号,在收到数据通信装置准备好DSR信号后方可通信。RING原意是在接收到电话交换机有效的拨号时有效,同时数据终端准备传送。

MG323模块通过信号SM_CLK(SIM卡时钟),VSIM(SIM卡电源),SIM_DATA(SIM卡数据),SIM_RST(SIM卡复位),GND(SIM卡地)与SIM卡相连接。

该系统还包括两片16 MB的SDRAM,两片8 MB的NOR_Flash,3个RS232,主USB,从USB和100 Mbit·s-1以太网等模块。

3 系统软件设计

系统软件的设计主要是基于Linux下C的编程,无线监控程序是依照短消息收发的原理来对于GSM模块的控制。

3.1 短消息收发的原理

短消息内容的最大长度为140 Byte。它的编码主要有7位编码,8位编码,UC2编码3种编码方式。7位编码是每Byte只使用低7位,每8 By te为一组,去掉最高位,重新编码为7 Byte,因此,7位编码实际可以表示到160 Byte。但7位编码只能发送0x00~0x7F范围内的字符,一般在发送英文短信时使用。编码原理是:每8 Byte为一组,分别用A,B,C,D,E,F,G代表8 Byte,An代表每个Byte的位,则8 Byte重新编码成如表1所示的7 Byte。

GSM无线模块在嵌入式系统的应用 短消息监控系统设计

8位编码是所见即所得的编码方式,即无需编码,只要将二进制串直接发送即可。8位编码方式适用于制定各种基于短消息的通讯协议。U C2编码常用于中文或中英文混合内容发送,只能发送70个字符(1个UC2占2 Byte)。由于国内一般的编辑器多以GB编码,因此,若要发送中文,需先将中文转换为UC2编码再发送。在手机上,通常的做法是如果全部为英文及半角字符,则以7位编码发送,如果含有中文,则全部编码为UC2发送。

短消息发送方式主要分为文本模式和PDU模式。文本模式其实是针对7位编码做的一个封装,它只能用于发送ANSI范围的字符,发送方式较简单。而PDU模式中所有短消息数据发送前都必须组织成PDU的格式,在PDU模式下发送短信比较复杂,需要自行组织PDU内容,但发送方式灵活,可以发送各种数据,也可以自行设定各PDU字段的内容。

3.2 常用的短消息AT指令

GSM无线模块采用标准AT指令集通信,AT命令是用于控制TE(Terminal Equipment)(如PC等用户终端)和MT(Mobile Terminal)(如移动台等移动终端)之间的相互规则。AT命令类型主要分为基本命令、S寄存器命令、扩展以及厂商定义命令3类。

GSM无线模块在嵌入式系统的应用 短消息监控系统设计

3.3 GSM程序的实现

ARM与GSM通信以ttyS1对应的串口为桥梁,与MG323提供的1个UART接口连接,支持短消息、电话本管理、数据业务、嵌入式TCP/UDP等功能。使用ARM发出AT指令集对GSM模块进行相应的操作,能够完成发短消息的功能。具体软件流程如图3所示。

GSM无线模块在嵌入式系统的应用 短消息监控系统设计

对串口初始化的工作主要是波特率、校验位和停止位设置。配置完串口的相关属性,就可以对串口进行打井、读写操作了。在Linux系统中,所有的设备文件都位于“/dev”下,其中串口2对应的设备名为“/dev/ttyS1”,在Linux下对设备和对文件的操作方法是一样的,因此对串口读写可以使用简单的“read”,“‘write”函数完成。

对GSM模块进行初始化工作主要是发送“AT”给MT(Mobil Terminal)看起是否有回复以确定ARM与GSM的串口工作正常。在确认串口正常工作后,发送“ATE0”命令关闭MT的回显。

设置短信的通知方式、短信的格式(PDU)以及短信的编码(USC2)。如果每个功能的设定都正常,最后按照PDV格式向指定用户发送“GSM模块初始化成功”的短信。

解析数据并发送短信主要是首先按PDU格式填充发送个MT的缓冲区的前46 Byte。然后打开数据存储文件,用lseek函数将文件光标由文件结尾向前移动17 Byte。因为数据帧中的数据是以2 Byte的16进制来表示,所以首先将其合并成一个16位的短整型,然后将合并的数据与检验位相加。将数据处理后,最后发送短信并检查MT回复中是否有+CMGS的指令,若有则代表短信发送成功。

4 结束语

以AT91RM9200处理器搭建嵌入式Linux系统,利用GSM/GPRS无线通信模块实现短消息的发送。同时嵌入式系统加GSM模块的系统组成体积小巧,工作稳定,适合偏远地区或移动数据采集系统,提供了数据采集监控的新手段。随着无线通信系统的不断发展和成熟,它必将深入到生活的各个方面。

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一款随Linux内核代码维护的性能诊断工具

Perf Event 是一款随 Linux 内核代码一同发布和维护的性能诊断工具,由内核社区维护和发...

发表于 2018-04-06 09:23 1850次阅读
一款随Linux内核代码维护的性能诊断工具

基于DevOps工具链设计过程及前后效果对比

某项目是为配合大视频运维推出的一个项目,需求和任务管理停留在原始的ts上,项目依托svn进行代码管理...

发表于 2018-04-05 09:08 2059次阅读
基于DevOps工具链设计过程及前后效果对比

基于WG222的空气净化方案

在智能家居设备应用领域,持续不断地增加并完善健康环保类功能以及相关物联网无线模块发展,高集成度,小体...

发表于 2018-04-04 11:29 510次阅读
基于WG222的空气净化方案

一文看懂嵌入式app和开发式app的区别是什么

传统意义上来说,APP这个简写的英文名称之所以会如此流行,主要是因为移动互联网的快速崛起。移动互联网...

发表于 2018-04-04 09:38 646次阅读
一文看懂嵌入式app和开发式app的区别是什么

安普德WF61模块—5GHz WiFi应用于视频...

随着图像处理技术的改进和提高,我们发现了更多连接带宽瓶颈。我们在基础结构上进行改进以支持4k影像。

发表于 2018-04-04 09:20 112次阅读
安普德WF61模块—5GHz WiFi应用于视频...

低成本开发系统现在正处于物联网期望膨胀峰值期

预测物联网平台将在一年内充斥大众市场,在接下来的二至五年内,差异化或专业化的高精度传感器和模拟信号链...

发表于 2018-04-04 09:04 1987次阅读
低成本开发系统现在正处于物联网期望膨胀峰值期

物联网连接、处理、感应和安全功能于一身

一款简化物联网(IoT)产品设计的一体化软件工具套件。全新ModusToolbox™套件在业界熟悉且...

发表于 2018-04-04 08:48 2313次阅读
物联网连接、处理、感应和安全功能于一身

对于刚入门ARM嵌入式的一些建议

对于学硬件的人而言,必须先对硬件的基本使用方法有感性的认识,更必须深刻认识该硬件的控制方式.

发表于 2018-04-03 11:36 454次阅读
对于刚入门ARM嵌入式的一些建议

考一考你!这三道嵌入式Linux题你会吗?来做一...

题一: 解释命令ls -a | more具体含义. 思考过后,再到下方寻找答案 题二: GCC -g...

发表于 2018-04-03 11:22 318次阅读
考一考你!这三道嵌入式Linux题你会吗?来做一...

嵌入式选择用C语言开发的原因

面向对象程序设计可以看作一种在程序中包含各种独立而又互相调用的对象的思想,这与传统的思想刚好相反:传...

发表于 2018-04-03 10:54 300次阅读
嵌入式选择用C语言开发的原因

12种最热门的开源项目,你都知道哪些?

GitHub 上最热门的开源项目有哪些,又有哪些新的项目挤进热门榜单了呢,一起来看看。

发表于 2018-04-03 08:38 1471次阅读
12种最热门的开源项目,你都知道哪些?

采用Zynq UltraScale+MPSoC进...

ZCU104 评估套件可帮助设计人员为监控、高级驾驶员辅助系统 (ADAS)、机器视觉、增强实境 (...

发表于 2018-04-03 08:30 2632次阅读
采用Zynq UltraScale+MPSoC进...

AMD不断扩展ZEN架构处理器平台

在此基础上,AMD公司下一里程碑事件就是把目前建立的这些优势和能力,包括刚才讲到基于ZEN架构处理器...

发表于 2018-04-02 09:38 612次阅读
AMD不断扩展ZEN架构处理器平台

系统关键技术通用评估平台,轻松集成FPGA设计

系统设计有时十分复杂,需要充分了解许多不同的元件,如果解决方案的各环节可以进行原型制作并快速演示,就...

发表于 2018-04-02 09:33 2323次阅读
系统关键技术通用评估平台,轻松集成FPGA设计

学习嵌入式应用层开发的几大阶段

变成高手,你还要进一步学习内核和系统,内容包括计算机系统结构和汇编,linux内核编程,linux内...

发表于 2018-04-02 09:17 399次阅读
学习嵌入式应用层开发的几大阶段

2018中国IC领袖峰会纪实报道:在AI时代,中...

从制造能力来说,中国半导体制造和国外还存在1到2代的差距。这也是中国IC设计业主要使用外部资源的原因...

发表于 2018-04-02 08:56 508次阅读
2018中国IC领袖峰会纪实报道:在AI时代,中...

自制物联网智能设备-手机远程控制两路电机的转向和...

导读: 利用物联网开关与51单片机通信,然后控制两个电机的转向和转速。 01准备材料 物联网开关、5...

发表于 2018-04-01 09:11 136次阅读
自制物联网智能设备-手机远程控制两路电机的转向和...

使用FreeRTOSViewer跟踪调试Free...

本文介绍一种基于 MPLAB X IED+Harmony 下使用 FreeRTOSViewer 工具...

发表于 2018-04-01 08:19 1262次阅读
使用FreeRTOSViewer跟踪调试Free...

Linux设备驱动程序与编写应用程序的本质区别

Linux驱动程序的开发与应用程序的开发有很大的区别。

发表于 2018-03-31 08:18 1502次阅读
Linux设备驱动程序与编写应用程序的本质区别

嵌入式操作系统都基于GCC进行源码编译

系统头文件是指C语言本身和操作系统相关的头文件。在使用-v选项获取系统头文件路径时,必须后面带一个有...

发表于 2018-03-30 13:57 253次阅读
嵌入式操作系统都基于GCC进行源码编译

为5G做好准备,两种5G技术的故事

“5G代表了自动驾驶体验所需的基础技术,”联电公司(UMC)市场部副总裁Steven Liu表示。 ...

发表于 2018-03-29 15:47 557次阅读
为5G做好准备,两种5G技术的故事

Java、云计算、嵌入式等史上最全技术知识图谱秘...

28张,张张经典、实用、全面,比如Java架构师图谱,微服务架构秘籍,阿里巴巴常用小框架等等。

发表于 2018-03-29 14:18 757次阅读
Java、云计算、嵌入式等史上最全技术知识图谱秘...

STM32内存管理以及STM32中的堆栈

这个是MDK编译之后能够得到的每个段的大小,也就能得到占用相应的FLASH和RAM的大小,但是还有两...

发表于 2018-03-29 13:45 536次阅读
STM32内存管理以及STM32中的堆栈

儒卓力首次到深圳参展业界盛事CITE 2018

全球电子元器件分销商兼亚洲电子供应链中的知名厂商儒卓力(Rutronik Elektronische...

发表于 2018-03-28 14:45 1229次阅读
儒卓力首次到深圳参展业界盛事CITE 2018

嵌入式神经网络赋予人工智能视觉、听觉和分析能力

随着专用的处理器和软件的崛起,为开发具备人工智能的嵌入式系统敞开了大门。

发表于 2018-03-28 10:22 841次阅读
嵌入式神经网络赋予人工智能视觉、听觉和分析能力

基于DSP芯片+GPS+GSM组成的汽车定位防盗...

随着人们生活水平的提高,汽车已逐步进入家庭,对汽车防盗的要求越来越高。尽管市场上的汽车防盗器正逐步改...

发表于 2018-03-28 05:31 171次阅读
基于DSP芯片+GPS+GSM组成的汽车定位防盗...

学嵌入式能不能只用C写程序?

想深入链接C语言的函数是如何调用的,参数是如何传递的,想了解指针的本质、函数名的本质,就要深入汇编级...

发表于 2018-03-26 08:34 394次阅读
学嵌入式能不能只用C写程序?

嵌入式Wi-F的来源以及与普通Wi-Fi的区别

现在我们可以这样来看,从硬件层面上看,WIFI设备与CPU通信是通过USB接口的,与其他WIFI设备...

发表于 2018-03-24 11:18 1707次阅读
嵌入式Wi-F的来源以及与普通Wi-Fi的区别

基于CK802安全内核开发出面向物联网安全的商业...

中天微积极布局AI领域的嵌入式CPU IP研发与推广,其针对AI领域的新一代CPU内核系列将于近期推...

发表于 2018-03-24 10:27 800次阅读
基于CK802安全内核开发出面向物联网安全的商业...