基于嵌入式設備手機短信交互模塊的設計

0 引言

隨著嵌入式設備應用的日益廣泛，人們也越來越樂于使用各種人機交互方便的設備。鑒于GSM網(wǎng)絡是相當穩(wěn)定且已經(jīng)在生活中普遍應用的通信網(wǎng)絡，本文利用GSM網(wǎng)絡中短消息服務的便利性，提出了一種基于GSM網(wǎng)絡短消息服務的人機交互方式，并開發(fā)了相應的手機短信交互平臺，實現(xiàn)了用戶與設備間的遠程、實時人機交互功能。

1 系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)利用串口做通信接口，并選用西門子TC35i無線模塊作為核心組件來搭建硬件電路。TC35i主要由基帶處理器、射頻模塊、供電模塊、閃存、ZIF連接器和天線接口等六部分組成。它的正常運行需要相應的外圍電路與其配合。TC35i共有40個引腳，可通過ZIF連接器分別與電源電路、啟動與關機電路、數(shù)據(jù)通信電路、語音通信電路、SIM卡電路、指示燈電路等相連接。其電源電路又分為充電電池和穩(wěn)壓電源兩部分，本系統(tǒng)為減小體積，直接采用主板供電方式，并在1～10腳增設了穩(wěn)壓濾波電路，因而省去了電池和充電電路。

啟動電路由自動和手動上電復位電路組成。模塊上電10 ms后(電壓須大于3 V)，為使之正常工作，必須在15腳加時長至少為100 ms的低電平信號，且該信號的下降沿時間應小于1 ms，同時啟動后15腳的信號應保持高電平。本系統(tǒng)可使用跳線選擇模塊啟動方式。其中自啟動方式是指在平臺正常工作之后，由軟件控制平臺自動發(fā)出啟動信號，而不需人的干預；而手動方式是指在平臺正常工作之后，人為按下系統(tǒng)的啟動／復位按鍵，模塊才能啟動。

數(shù)據(jù)通信電路主要完成短消息收發(fā)、與平臺通信、以及軟件流控制等功能。TC35i的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，符合RS-232接口電路標準，工作在CMOS電平下。數(shù)據(jù)接口配置為8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗位，可在300 bps~115kbps的波特率下運行，支持的自動波特率為4．8kbps~115 kbps(14．4 kbos和28．8 kbps除外)，同時還支持RTSO／CTSO的硬件握手信號和XON／XOFF的軟件流控制。TC35i作為移動終端。具有3路接收、5路發(fā)送的電路連接要求，但考慮到本系統(tǒng)無需蜂窩通信等功能，故為簡化數(shù)據(jù)通信電路，可采用MAX232CPE芯片來實現(xiàn)電平轉換及串口通信功能(輸入為TXDO，輸出為RXDO)。

TC35i基帶處理器集成有一個標準的SIM卡接口。為擴展外部SIM卡接口，該接口還連接到ZIF連接器。TC35i在GSMll．ll為SIM卡預留5個引腳的基礎上預留了6個引腳，所添加的CCIN引腳可用來檢測是否插有SIM卡；當有SIM卡時，該引腳被置為高電平，模塊可正常工作。但目前SIM卡均無CCIN引腳，故在設計電路時應將CCIN與CCVCC相連。本系統(tǒng)還設計了指示燈電路，當LED熄滅時，表明TC35i處于關閉或睡眠狀態(tài)；當LED為600 ms亮／600 ms熄時，表明SIM卡沒有插入或TC35i正在登錄網(wǎng)絡；當LED為75 ms亮／3 s熄時，表明TC35i已登錄網(wǎng)絡，并處于待機狀態(tài)。本系統(tǒng)設計了GSM模塊的擴展板，并注意了它的電磁兼容設計，其電路原理框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能是用戶能以發(fā)送短信的方式與平臺進行信息交互。系統(tǒng)采用TC35i實現(xiàn)短信收發(fā)，并通過對用戶短信進行解析來查詢平臺嵌入式數(shù)據(jù)庫中與用戶短信相匹配的信息，同時以短信的形式回復用戶，還可以將短信上傳給服務器管理數(shù)據(jù)庫，其短信交互流程如圖2所示。

系統(tǒng)首先可通過串口程序向接入TC35i的串口發(fā)送AT指令來實現(xiàn)短消息的發(fā)送和接收。這部分主要實現(xiàn)Linux下的串口通訊(主板運行Linux系統(tǒng))。系統(tǒng)編程可采用libserial串口庫，該庫可以很好地控制串口的超時讀寫，它的類名為Seri-alPort，程序中主要用到了類中的Open()、設置各種參數(shù)的函數(shù)以及超時讀寫的內容。

此后，平臺加入短消息內容的編碼和解碼程序，其主要是實現(xiàn)短信PDU格式的編碼和解碼。目前，發(fā)送短消息常用Text和PDU(Protocol DataUnit，協(xié)議數(shù)據(jù)單元)兩種模式。使用Text模式收發(fā)短信代碼比較簡單，但其缺點是不能收發(fā)中文短信；而PDU模式不僅支持英文短信，也支持中文短信。在處理PDU編碼的程序中，s_PDU類可用于發(fā)送PDU編碼，其中void s_PDU∷setUD(char *s)是重要函數(shù)。在處理PDU解碼的程序中，r PDU類用于PDU包的解包，其接口函數(shù)僅有一個，即bool r_PDU∷getFrom(char*s)，用于PDU包的輸入，輸入后，類的成員OA會保存其中的手機號，UD則保存其中的短消息內容，函數(shù)get-From (char *s)是這個類的核心。識別手機號和短信中心號比較容易實現(xiàn)，但識別后面的短信息數(shù)據(jù)比較復雜，因為其中可能出現(xiàn)好幾種編碼。一般全英文短信的編碼會使用7位編碼，而中文短信會使用UCS16編碼，所以編碼時需要考慮兩種可能。

系統(tǒng)將短消息的收發(fā)用定義來實現(xiàn)封裝，其中含有用于執(zhí)行AT指令的函數(shù)int exec(char*cmd)。收短信實際上就是寫AT指令、讀結果及PDU解碼的過程；而發(fā)短信則是寫AT指令、讀結果及PDU編碼的過程。本系統(tǒng)采用查詢讀寫的方式來實現(xiàn)短信的自動收發(fā)。系統(tǒng)的部分讀寫代碼如下：

3 結束語

本文給出了一種基于GSM網(wǎng)絡短消息服務的人機交互平臺的設計和實現(xiàn)方案，該方案可使用戶能方便地實現(xiàn)遠程實時地與平臺交互信息。該平臺經(jīng)測試，性能穩(wěn)定，便于在嵌入式設備中應用，而且效果良好。