基於GSM紅外報警系統設計和PDU編碼的技術分析論文

　　1 引言

　　GSM（Global System for Mobile Communication）是目前全球使用最為廣泛的2G行動電話系統，技術成熟可靠；儘管在資料傳輸速率上遠不及3G和4G系統，但在網路覆蓋、資費、互操作性等方面仍具有一定的優勢，被廣泛應用於遠端無線資料傳輸系統，如遠端防盜、智慧電錶、自動售貨機、車隊管理等領域。本文將介紹基於GSM的遠端紅外報警系統的設計及PDU編碼過程。

　　2 系統整體設計

　　如圖1所示，系統主要由控制單元（AT89C2051）、GSM模組（TC35i）、紅外探測器、報警器、電源等組成。紅外感應器用於探測目標區域是否存在人或其它物體移動，並將探測訊號送至控制單元，控制單元根據訊號來控制報警器報警，並透過GSM模組向指定手機發送報警訊號。

　　3 系統硬體設計

　　3.1 GSM模組（TC35i）

　　TC35i是西門子公司推出的一款支援中文簡訊的工業級GSM模組，集射頻電路和基帶於一體，並支援標準的AT命令集。TC35i的資料介面（CMOS電平）透過AT命令可雙向傳輸指令和資料，它支援Text和PDU格式的SMS，並可透過AT指令或關斷訊號實現重啟或故障恢復。

　　TC35i模組具有40個引腳，分為電源、資料傳輸、SIM、音訊介面和控制5大類。本設計中主要引腳使用情況為：（具體電路連線見圖1所示）

　　1～5作為電源正輸入，6～10作為電源負接地，電壓範圍為3.5～4.8V（推薦為4.2V），設計時要求供電電壓不得低於3.3V，峰值電流（2A）時壓降不得大於0.4V，否則系統會自動關機，因此要求供電模組內阻+連線電阻應小於200mΩ。

　　15為啟動腳IGT，31為關閉腳（PD），這兩個引腳作為微控制器控制TC35i模組開、關機的控制引腳。另外需要說明的是：系統供電後，需要給15腳（IGT）加一個大於100ms的低脈衝（電平下降持續時間要求小於1ms），TC35i才能進入工作狀態。若需要關閉TC35i，則只需將31腳（PD）維持至少3.5秒的低電平即可。

　　18腳（RXD）和19腳（TXD）作為與微控制器連線的串列埠通訊腳，波特率設為9600。由於TC35i的COMS電平與微控制器的TTL電平之間的差異，實際連線時需要進行電平轉換，由MAX232晶片完成。

　　24～29為專用的SIM卡引腳，用於外接SIM卡，其中24（CCIN）引腳用於檢測SIM卡是否插好，連線好輸出高電平，否則輸出低電平。

　　32引腳SYNC作為TC35i工作狀態指示燈的控制埠。

　　3.2 控制單元（AT89C2051）

　　AT89C2051是美國ATMEL公司生產的一款低電壓、高效能CMOS 8位微控制器，能夠與標準的MCS-51指令相容。本設計中主要引腳使用情況為：P1.0為報警器控制埠；P3.0/RXD和P3.1/TXD作為與TC35i的通訊口，分別透過MAX232與TC35i的18和19引腳相連。P3.2和P3.3作為紅外感應器的控制埠，分別用於紅外線發射驅動和紅外訊號接收。

　　3.3 紅外感應器

　　本次設計採用主動式紅外探測器，由紅外線發射管和紅外接收頭兩部分組成。紅外發射管D3選用L5IR5型紅外發射管，由AT89C2051的P3.2埠經三級管Q1來驅動；為指示紅外感應器工作狀態，在電路上串聯一個發光二極體D4。接收端選用帶有內建訊號放大電路的.LF0038型紅外接收頭，其訊號輸出端引腳3與AT89C2051的P3.3埠連線。

　　3.4 電源設計

　　系統電源需求包括+5VDC（供控制單元、紅外感應器及報警器用）和+4.2VDC（GSM供模組用）。由於TC35i對電源要求較高，設計中採用單片降壓式開關穩壓器LM2576-ADJ實現+12VDC到+4.2VDC的轉換；而+5VDC則由7805穩壓管實現轉換。具體電路見圖3所示。

　　4 AT指令

　　AT指令是GSM模組的底層指令，用來控制GSM模組進行無線通訊。GSM的AT指令集，是由NOKIA、MOTOROLA、ERICSSON和HP等廠家共同為GSM系統研製的。AT命令包括一般命令、呼叫控制命令、網路業務命令、安全性命令、電話本命令、短訊息（SMS）命令、補充業務命令、資料命令、傳真命令和串列埠命令。本設計主要用到GSM的簡訊傳送功能，涉及的主要AT指令見表1所示。

　　一條完整的報警簡訊傳送的AT指令流程為：

　　控制單元：AT＼r // “＼r” 代表ASCII字元中的回車字元，值為0x0D，下同。

　　GSM返回：＼r＼nOK＼r＼n//“＼n” 代表ASCII字元中的換行符，值為0x0A，下同。

　　控制單元：AT+CMGF=0＼r//設定為PDU模式。

　　GSM返回：＼r＼nOK＼r＼n

　　控制單元：AT+CMGS=019//傳送一條長度為19的簡訊，長度計算見PDU編碼過程。

　　GSM返回：＼r＼n >＼r＼n

　　控制單元：0891683118325476F811000D91683176563412F0000800048B6662A5//向目標手機（13676543210）傳送“警報”的報警資訊（本地SIM卡號碼為13812345678）的PDU編碼，該編碼必須以“ctrl_z”結束，值為0x1A。 5 PDU編碼過程

　　目前，GSM簡訊編碼常用Text和PDU兩種模式。Text模式程式碼簡單，但不支援中文簡訊；PDU模式不僅能傳送英文簡訊，也能傳送中文簡訊，因而應用廣泛。PDU模式收發中文簡訊時，採用的是UCS2編碼傳送Unicode字元。一般的PDU編碼由SMSC地址、基本引數、訊息型別、目標地址、協議鑑別符、資訊編碼方式、有效期、使用者資訊長度和使用者資訊九項組成。下面以前面所述向目標手機（13676543210）傳送“警報”的報警資訊（本地SIM卡號碼為13812345678）為例，說明PDU編碼過程：

　　SMSC地址：08（地址資訊長度，共8個位元組數，含91和F），91（TON/NPI國際格式，“+”），683118325476F8（簡訊中心號碼，由8613812345678每兩位取反得到，最後若為奇數位，則補F後取反）

　　基本引數TP-MTI/VFP：11（TP-VP用相對格式）

　　訊息型別TP-MR：00（00表示為短訊息）

　　目標地址：0D（目標地址資訊長度，共13個十進位制數，這點與SMSC地址資訊長度定義不同，且不含91和F），91（TON/NPI國際格式，“+”）683176563412F0（簡訊中心號碼，由8613676543210每兩位取反得到，最後若為奇數位，則補F後取反）

　　協議鑑別符TP-PID：00（普通GSM點到點類）

　　資訊編碼方式TP-DCS：08（UCS2）

　　有效期TP-VP：00（5分鐘）

　　使用者資訊長度TP-UDL：04（4個位元組）

　　使用者資訊TP-UD：8B6662A5（“警報”的 Unicode碼）

　　前面所述“AT+CMGS=019”指令中，簡訊長度19。

　　6 結束語

　　本文基於AT89C2051微控制器和TC35i模組構建了基於GSM的遠端紅外報警系統，系統構成簡單，實現容易，可廣泛應用於家庭、小區、工廠、商場、酒樓、汽車等領域防盜報警及危險警戒區安全報警。