嵌入式设备手机短信交互模块的设计

嵌入式设备手机短信交互模块的设计

0 引言
    随着嵌入式设备应用的日益广泛，人们也越来越乐于使用各种人机交互方便的设备。鉴于GSM网络是相当稳定且已经在生活中普遍应用的通信网络，本文利用GSM网络中短消息服务的便利性，提出了一种基于GSM网络短消息服务的人机交互方式，并开发了相应的手机短信交互平台，实现了用户与设备间的远程、实时人机交互功能。

1 系统硬件设计
    本系统利用串口做通信接口，并选用西门子TC35i无线模块作为核心组件来搭建硬件电路。TC35i主要由基带处理器、射频模块、供电模块、闪存、ZIF连接器和天线接口等六部分组成。它的正常运行需要相应的外围电路与其配合。TC35i共有40个引脚，可通过ZIF连接器分别与电源电路、启动与关机电路、数据通信电路、语音通信电路、SIM卡电路、指示灯电路等相连接。其电源电路又分为充电电池和稳压电源两部分，本系统为减小体积，直接采用主板供电方式，并在1～10脚增设了稳压滤波电路，因而省去了电池和充电电路。
    启动电路由自动和手动上电复位电路组成。模块上电10 ms后(电压须大于3 V)，为使之正常工作，必须在15脚加时长至少为100 ms的低电平信号，且该信号的下降沿时间应小于1 ms，同时启动后15脚的信号应保持高电平。本系统可使用跳线选择模块启动方式。其中自启动方式是指在平台正常工作之后，由软件控制平台自动发出启动信号，而不需人的干预；而手动方式是指在平台正常工作之后，人为按下系统的启动／复位按键，模块才能启动。
    数据通信电路主要完成短消息收发、与平台通信、以及软件流控制等功能。TC35i的数据接口采用串行异步收发，符合RS-232接口电路标准，工作在CMOS电平下。数据接口配置为8位数据位、1位停止位、无校验位，可在300 bps~115kbps的波特率下运行，支持的自动波特率为4．8kbps~115 kbps(14．4 kbos和28．8 kbps除外)，同时还支持RTSO／CTSO的硬件握手信号和XON／XOFF的软件流控制。TC35i作为移动终端。具有3路接收、5路发送的电路连接要求，但考虑到本系统无需蜂窝通信等功能，故为简化数据通信电路，可采用MAX232CPE芯片来实现电平转换及串口通信功能(输入为TXDO，输出为RXDO)。
    TC35i基带处理器集成有一个标准的SIM卡接口。为扩展外部SIM卡接口，该接口还连接到ZIF连接器。TC35i在GSMll．ll为SIM卡预留5个引脚的基础上预留了6个引脚，所添加的CCIN引脚可用来检测是否插有SIM卡；当有SIM卡时，该引脚被置为高电平，模块可正常工作。但目前SIM卡均无CCIN引脚，故在设计电路时应将CCIN与CCVCC相连。本系统还设计了指示灯电路，当LED熄灭时，表明TC35i处于关闭或睡眠状态；当LED为600 ms亮／600 ms熄时，表明SIM卡没有插入或TC35i正在登录网络；当LED为75 ms亮／3 s熄时，表明TC35i已登录网络，并处于待机状态。本系统设计了GSM模块的扩展板，并注意了它的电磁兼容设计，其电路原理框图如图1所示。

2 系统软件设计
    本系统主要实现的功能是用户能以发送短信的方式与平台进行信息交互。系统采用TC35i实现短信收发，并通过对用户短信进行解析来查询平台嵌入式数据库中与用户短信相匹配的信息，同时以短信的形式回复用户，还可以将短信上传给服务器管理数据库，其短信交互流程如图2所示。

    系统首先可通过串口程序向接入TC35i的串口发送AT指令来实现短消息的发送和接收。这部分主要实现Linux下的串口通讯(主板运行Linux系统)。系统编程可采用libserial串口库，该库可以很好地控制串口的超时读写，它的类名为Seri-alPort，程序中主要用到了类中的Open()、设置各种参数的函数以及超时读写的内容。

 此后，平台加入短消息内容的编码和解码程序，其主要是实现短信PDU格式的编码和解码。目前，发送短消息常用Text和PDU(Protocol DataUnit，协议数据单元)两种模式。使用Text模式收发短信代码比较简单，但其缺点是不能收发中文短信；而PDU模式不仅支持英文短信，也支持中文短信。在处理PDU编码的程序中，s_PDU类可用于发送PDU编码，其中void s_PDU∷setUD(char
*s)是重要函数。在处理PDU解码的程序中，r PDU类用于PDU包的解包，其接口函数仅有一个，即bool r_PDU∷getFrom(char*s)，用于PDU包的输入，输入后，类的成员OA会保存其中的手机号，UD则保存其中的短消息内容，函数get-From (char *s)是这个类的核心。识别手机号和短信中心号比较容易实现，但识别后面的短信息数据比较复杂，因为其中可能出现好几种编码。一般全英文短信的编码会使用7位编码，而中文短信会使用UCS16编码，所以编码时需要考虑两种可能。
    系统将短消息的收发用定义来实现封装，其中含有用于执行AT指令的函数int exec(char*cmd)。收短信实际上就是写AT指令、读结果及PDU解码的过程；而发短信则是写AT指令、读结果及PDU编码的过程。本系统采用查询读写的方式来实现短信的自动收发。系统的部分读写代码如下：

3 结束语
    本文给出了一种基于GSM网络短消息服务的人机交互平台的设计和实现方案，该方案可使用户能方便地实现远程实时地与平台交互信息。该平台经测试，性能稳定，便于在嵌入式设备中应用，而且效果良好。