基于GSM紅外報警系統(tǒng)設計和PDU編碼過程

摘 要：為實現(xiàn)遠程防盜與安全報警，本文設計了一種基于GSM的遠程紅外報警系統(tǒng)。系統(tǒng)選用AT89C2051作為控制單元，TC35i作為GSM短信發(fā)送模塊，通過對系統(tǒng)電路進行設計，包括AT89C2051、TC35i、紅外感應器、聲光報警系統(tǒng)、電源系統(tǒng)的電路設計，結合標準AT指令及PDU中文編碼，實現(xiàn)了遠程紅外報警功能。系統(tǒng)具有結構簡單、易實現(xiàn)和適于推廣的特點。

關鍵詞：GSM；TC35i；紅外報警；PDU

1 引言

GSM（Global System for Mobile Communication）是目前全球使用最為廣泛的2G移動電話系統(tǒng)，技術成熟可靠；盡管在數(shù)據(jù)傳輸速率上遠不及3G和4G系統(tǒng)，但在網(wǎng)絡覆蓋、資費、互操作性等方面仍具有一定的優(yōu)勢，被廣泛應用于遠程無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，如遠程防盜、智能電表、自動售貨機、車隊管理等領域[1]。本文將介紹基于GSM的遠程紅外報警系統(tǒng)的設計及PDU編碼過程。

2 系統(tǒng)整體設計

如圖1所示，系統(tǒng)主要由控制單元（AT89C2051）、GSM模塊（TC35i）、紅外探測器、報警器、電源等組成。紅外感應器用于探測目標區(qū)域是否存在人或其它物體移動，并將探測信號送至控制單元，控制單元根據(jù)信號來控制報警器報警，并通過GSM模塊向指定手機發(fā)送報警信號。

3 系統(tǒng)硬件設計

3.1 GSM模塊（TC35i）

TC35i是西門子公司推出的一款支持中文短信的工業(yè)級GSM模塊，集射頻電路和基帶于一體，并支持標準的AT命令集。TC35i的數(shù)據(jù)接口（CMOS電平）通過AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，它支持Text和PDU格式的SMS，并可通過AT指令或關斷信號實現(xiàn)重啟或故障恢復[2]。

TC35i模塊具有40個引腳，分為電源、數(shù)據(jù)傳輸、SIM、音頻接口和控制5大類。本設計中主要引腳使用情況為：（具體電路連接見圖1所示）

1～5作為電源正輸入，6～10作為電源負接地，電壓范圍為3.5～4.8V（推薦為4.2V），設計時要求供電電壓不得低于3.3V，峰值電流（2A）時壓降不得大于0.4V，否則系統(tǒng)會自動關機，因此要求供電模塊內(nèi)阻+連線電阻應小于200mΩ。

15為啟動腳IGT，31為關閉腳（PD），這兩個引腳作為單片機控制TC35i模塊開、關機的控制引腳[3]。另外需要說明的是：系統(tǒng)供電后，需要給15腳（IGT）加一個大于100ms的低脈沖（電平下降持續(xù)時間要求小于1ms），TC35i才能進入工作狀態(tài)。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）作為與單片機連接的串口通訊腳，波特率設為9600。由于TC35i的COMS電平與單片機的TTL電平之間的差異，實際連接時需要進行電平轉換，由MAX232芯片完成。

24～29為專用的SIM卡引腳，用于外接SIM卡，其中24（CCIN）引腳用于檢測SIM卡是否插好，連接好輸出高電平，否則輸出低電平。

32引腳SYNC作為TC35i工作狀態(tài)指示燈的控制端口。

3.2 控制單元（AT89C2051）

AT89C2051是美國ATMEL公司生產(chǎn)的一款低電壓、高性能CMOS 8位單片機，能夠與標準的MCS-51指令兼容[4]。本設計中主要引腳使用情況為：P1.0為報警器控制端口；P3.0/RXD和P3.1/TXD作為與TC35i的通訊口，分別通過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端口，分別用于紅外線發(fā)射驅動和紅外信號接收。

3.3 紅外感應器

本次設計采用主動式紅外探測器，由紅外線發(fā)射管和紅外接收頭兩部分組成。紅外發(fā)射管D3選用L5IR5型紅外發(fā)射管，由AT89C2051的P3.2端口經(jīng)三級管Q1來驅動；為指示紅外感應器工作狀態(tài)，在電路上串聯(lián)一個發(fā)光二極管D4。接收端選用帶有內(nèi)置信號放大電路的LF0038型紅外接收頭，其信號輸出端引腳3與AT89C2051的P3.3端口連接。

3.4 電源設計

系統(tǒng)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供模塊用）。由于TC35i對電源要求較高，設計中采用單片降壓式開關穩(wěn)壓器LM2576-ADJ實現(xiàn)+12VDC到+4.2VDC的轉換；而+5VDC則由7805穩(wěn)壓管實現(xiàn)轉換。具體電路見圖3所示。

4 AT指令

AT指令是GSM模塊的底層指令，用來控制GSM模塊進行無線通信。GSM的AT指令集，是由NOKIA、MOTOROLA、ERICSSON和HP等廠家共同為GSM系統(tǒng)研制的。AT命令包括一般命令、呼叫控制命令、網(wǎng)絡業(yè)務命令、安全性命令、電話本命令、短消息（SMS）命令、補充業(yè)務命令、數(shù)據(jù)命令、傳真命令和串口命令[2]。本設計主要用到GSM的短信發(fā)送功能，涉及的主要AT指令見表1所示。

一條完整的報警短信發(fā)送的AT指令流程為：

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

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

控制單元：AT+CMGF=0＼r//設置為PDU模式。

GSM返回：＼r＼nOK＼r＼n

控制單元：AT+CMGS=019//發(fā)送一條長度為19的短信，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）發(fā)送“警報”的報警信息（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短信編碼常用Text和PDU兩種模式。Text模式代碼簡單，但不支持中文短信；PDU模式不僅能發(fā)送英文短信，也能發(fā)送中文短信，因而應用廣泛。PDU模式收發(fā)中文短信時，采用的是UCS2編碼發(fā)送Unicode字符。一般的PDU編碼由SMSC地址、基本參數(shù)、消息類型、目標地址、協(xié)議鑒別符、信息編碼方式、有效期、用戶信息長度和用戶信息九項組成[5]。下面以前面所述向目標手機（13676543210）發(fā)送“警報”的報警信息（本地SIM卡號碼為13812345678）為例，說明PDU編碼過程：

SMSC地址：08（地址信息長度，共8個字節(jié)數(shù)，含91和F），91（TON/NPI國際格式，“+”），683118325476F8（短信中心號碼，由8613812345678每兩位取反得到，最后若為奇數(shù)位，則補F后取反）

基本參數(shù)TP-MTI/VFP：11（TP-VP用相對格式）

消息類型TP-MR：00（00表示為短消息）

目標地址：0D（目標地址信息長度，共13個十進制數(shù)，這點與SMSC地址信息長度定義不同，且不含91和F），91（TON/NPI國際格式，“+”）683176563412F0（短信中心號碼，由8613676543210每兩位取反得到，最后若為奇數(shù)位，則補F后取反）

協(xié)議鑒別符TP-PID：00（普通GSM點到點類）

信息編碼方式TP-DCS：08（UCS2）

有效期TP-VP：00（5分鐘）

用戶信息長度TP-UDL：04（4個字節(jié)）

用戶信息TP-UD：8B6662A5（“警報”的Unicode碼）

前面所述“AT+CMGS=019”指令中，短信長度19。

6 結束語

本文基于AT89C2051單片機和TC35i模塊構建了基于GSM的遠程紅外報警系統(tǒng)，系統(tǒng)構成簡單，實現(xiàn)容易，可廣泛應用于家庭、小區(qū)、工廠、商場、酒樓、汽車等領域防盜報警及危險警戒區(qū)安全報警。

[參考文獻]

[1]韓斌杰，杜新顏，等.GSM原理及其網(wǎng)絡優(yōu)化（第2版）[M].北京：機械工業(yè)出版社.2009.

[2]于園園.基于GSM的遠程家居智能控制研究[D].長春：長春理工大學.2009.

[3]SIEMENS.TC35i Celluar Engine Hardware Interface Description.Siemens Version00.03.

[4]張明杰.基于AT89C2051單片機的大氣溫度采集和記錄系統(tǒng)[J].微機處理.2010（2）：121-123.

[5]SIEMENS.Siemens Cellular Engine AT Command Set.Siemens Version03.10.