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1、基于AVR单片机和GSM的短信网关基于AVR单片机和GSM的短信网关成员：成星 鲁得泂 王龙 马向超学院: 物理学院 指导老师： 李茂奎 2009年6月基于AVR单片机和GSM的短信网关 物理学院 成星 鲁得泂 王龙 马向超摘要：本产品以AVR系列单片机ATMEGA16为控制核心，以GSM短信息发送与接收模块wavecome为辅助设备，来实现短信的发送与接收功能，进而实现远程的通信与控制。关键词：GSM ATMEGA16单片机 设计背景：随着3G网络的出现，以及3G手机的普及，无线通讯技术已经发展到相当成熟的水平，而无线控制也在各种场合极大的发挥着作用。GSM模块与单片机通信是GSM模块应用的
2、一个核心技术。我们所设计的系统，利用单片机的串行口知识，来实现与GSM模块的通信，以对无线通讯和无线控制有一个更加清晰的认识。一、系统设计的目的、用途及功能：目的：利用单片机的串口功能，实现与GSM模块的通讯，进而实现短信的发送功能。用途与功能：可实现远程的无线通讯，也可增加扩展实现远程控制功能。二、硬件设计思想与原理图1.单片机的接口我们使用的是Atmel公司的AVR高速8位微控制器ATmega16 。ATmega16芯片为40个引脚,内部集成了1K字节的RAM、512字节的EEPROM、16K字节的Flash以及2个UART串行接口等。由于采用了高性能的MCU,省掉了大量的外围器件,如外扩
3、RAM、ROM存储器等,使硬件结构大大简化,提高了系统的可靠性。它与51单片机、PIC单片机相比具有一系列的优点：1：在相同的系统时钟下AVR运行速度最快；2: 芯片内部的Flsah、EEPROM、SRAM容量较大；3：所有型号的Flash、EEPROM都可以反复烧写、全部支持在线编程烧写(ISP)；4：多种频率的内部RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，零外围电路也可以工作；5：每个IO口都可以以推换驱动的方式输出高、低电平，驱动能力强；6：内部资源丰富，一般都集成AD、DA模数器、PWM、SPI、USART、TWI、I2C通信口、丰富的中断源等。目前支持AVR单片机编译器的语言
4、主要有汇编语言、C语言、BASIC语言等。其中C编译器主要有CodeVisionAVR、AVRGCC、IAR、ICCAVR等，C语言编译器由于它具有功能强大、 运用灵活、代码小、运行速度快等先天性的优点，使得它在专业程序设计上具有不可代替的地位。ATmega16芯片的引脚图如下：其中的PD0即为RXD引脚（RXD是USART的数据接收引脚），PD1即为TXD引脚（TXD是USART的数据发送引脚），引脚11即为GND接地。2.Max232电平转换芯片接口Max232芯片是Maxim公司生产的包括2路接受器和驱动器，适用于各种EIA232C和v.28/v.24的通信接口。Max232芯片内部有一
5、个电源电压变换器，可以把输入的+5伏电源电压变换成RS232C输出电平所需的正负10v电压。此芯片工作电压为+5V。 3.GSM模块与单片机的硬件接口连接我们所用的GSM模块具有数据引出与接收口，而且支持与GSM 短信息相关的 AT 控制指令(GSM-SMS-AT 指令)，GSM模块通过数据口以串行方式接收指令并向外输出数据。硬件连接相当简单，在数据口中找出RXD、TXD 和 GND 引脚与单片机的串口对应连接即完成了硬件接口。注: GSM模块数据线是专为连接PC 机9 针串口而设计的，其信号电平为标准的RS232 电平，而单片机的信号电平为TTL电平， 因此只要经过电平转换，就可很方便的与模
6、块相接。这里可以用开发板上的电平转换部分，也可以用Max232电平转换芯片。连接电路如图 1 所示。4.系统总体电路连接图三、软件设计系统1.GSM模块的软件接口及控制技术在我们设计的系统中，采用的是GSM通信模块为WAVECOM，该模块具备GSM无线通信的全部功能,并提供标准的USART串行接口,支持GSM 07.05所定义的AT命令集的指令。模块的通讯全部采用AT+XXXX完成。基本的AT指令如下所述： 短消息格式 AT+CMGF 选择短消息支持格式（TEXT or PDU）显示TEXT参数 AT+CSDH 显示当前TEXT模式下结果代码新消息提示 AT+CNMI 选择当有新的短消息来时系
7、统提示方式读短消息 AT+CMGR 读取短消息列短消息 AT+CMGL 将存储的短消息列表发送短消息 AT+CMGS 发送短消息设置TEXT参数 AT+CSMP 设置在TEXT模式下条件参数删除短消息 AT+CMGD 删除保存的短消息根据GSM 07.05的定义,SMS短信息的发送和接收模式共有三种：Block模式、基于AT命令的Text模式和基于AT命令的PDU模式。其中发送和接收中文或中/英文混合的短信息必须采用PDU模式，Text模式只支持传送英文及数字信息。由于Block模式的相关资料较少，PDU模式的编解码过程复杂，我们选择Text模式作为我们系统的通讯模式。2. TEXT模式简介T
8、ext模式只支持传送英文及数字信息，但它的编码要比PDU模式简单很多。 在Text Mode下，发送及接收到的数据均以ASCII码的形式来表示。TEXT模式在信息传送时通过串口传递的是十六进制ASCII码。其USART通讯默认使用9600比特率，8位数据信息，无奇偶校验，有一位开始位和一位结束位。 例如，我们要发送指令来读取第一条短信，使用命令：AT+CMGR=1；我们只需要通过串口发送十六进制数码：0x41,0x54,0x2b,0x43,0x4d,0x47,0x52,0x3d,0x31,0x0d 即可。其中0x41是A对应的ASCII码，0x54是T对应的ASCII码，以此类推，只要将相应英
9、文字母的ASCII码以十六进制的形式发送即可。3.GSM通讯模式说明（在实验中得出的一些结论）鉴于TEXT模式在运行中的易操作性，我们最终选择了这种模式作为我们GSM模块与单片机之间的通信方式。我们首先编写了一个串口通信程序，使数据能从单片机的接口发送出来（利用串口调试助手观察）。下一步定义各种要用的AT指令及短信内容，将这些指令通过串口传给GSM模块，经由模块识别来发送短信内容。我们经过反复测试，总结出来如下一些规律： 所有AT 指令的指令符号、常数、TEXT 数据包等都是以ASCII 编码形式传送的， 比如 “A ” 的ASCII 编码为41H，“T”的ASCII 编码为54H，数字“0”
10、的 ASCII编码为30H 等。 单片机控制GSM模块工作，必须把GSM模块的短信息工作模式设置为TEXT（只发英文和数字）格式，即通过指令 AT+CMGF=1 完成。指令可以写在程序里，也可通过电脑进行一次设置。以后使用时不需再次设置。 单片机向GSM模块发送每一条指令后，必须以回车符作为该条指令的结束，回车的ASCII 编码为0DH。例如，单片机向GSM模块发送“AT+CMGF=0” 这条指令，其ASCII编码序列为“41H、54H、2BH、42H、4DH、47H、46H、3DH、3 0 H、0 D H”，最后一个字节0DH 就是回车符，表示该条指令结束，如果没有这个回车符，GSM模块将不
11、识别这条指令。指令在程序中的定义方式为 char a=ATrn;GSM模块向单片机传送短信息内容时，其TEXT数据包的内容是以十六进制表示的数据， 但并不是直接向单片机传递十六进制数据，而仍然是把每一位十六进制数以A S C I I 编码来发送。这样二个字节的十六进制数就变成4 字节的ASCII码。但是TEXT数据包中的数据字节长度部分仍然是实际字节长度，而不是变成ASCII码的字节长度。GSM模块执行指令的过程中，需要将短信内容凑够一定的字符数才往外发送，而且中间有一定时间的延时。4.软件设计思想与流程图本系统旨在完成对SMS短信的发送功能。软件流程图如下：单片机初始化GSM模块的初始化发送
12、AT联机指令Y设置短消息中心号码发送短信内容Y软件代码：/ICC-AVR application builder : 2009-5-20 11:21:23/ Target : M16/ Crystal: 7.3728Mhz#include #include char a=ATrn; /定义AT联机指令char b=AT+CMGS=15866695679rn; /设置接受手机号码char c=someone has broken into your house.someone has broken into your house.someone has broken into your hous
13、e.someone has broken into your house.someone has broken into your house.rn; /定义短信内容void delay250(unsigned int k) /*延时函数*/unsigned int j,i;for (i=0;ik;i+)for(j=0;j25;j+);void port_init(void) /端口初始化 PORTA = 0xFF; DDRA = 0xFF; PORTB = 0x00; DDRB = 0x00; PORTC = 0x00; /m103 output only DDRC = 0x00; PORT
14、D = 0x03; DDRD = 0x02; /PD0口接收数据，PD1口发送数据/UART0 initialize/ desired baud rate: 9600/ actual: baud rate:9600 (0.0%)void uart0_init(void) UCSRB = 0x00; /disable while setting baud rate UCSRA = 0x00; UCSRC = BIT(URSEL) | 0x06; UBRRL = 0x2F; /set baud rate lo UBRRH = 0x00; /set baud rate hi UCSRB = 0x98
15、;void init_devices(void) /stop errant interrupts until set up CLI(); /disable all interrupts port_init(); uart0_init(); MCUCR = 0x00; GICR = 0x00; TIMSK = 0x00; /timer interrupt sources SEI(); /re-enable interrupts /all peripherals are now initializedvoid USART_TRANSMIT(char data) /发送数据函数while(!(UCS
16、RA&(1UDRE);UDR=data;void main()int n,u,m;init_devices(); for(n=0;n4;n+)USART_TRANSMIT(an); /发送AT指令delay250(20000);for(u=0;u21;u+)USART_TRANSMIT(bu); /设置接受手机号码delay250(20000);for(m=0;m AT+CMGS=13307496548回车(目的地址) 模块回应： AT+CMGS=13307496548 2： 输入短信息的内容(只能是英文)：Test 回车下图为用PC机控制GSM的过程（通过串口调试助手） 3. 将PC机输出的
17、控制命令转化成单片机输出的指令1.先定义AT指令字符串。char a=ATrn;char b=AT+CMGS=15866695679rn;char c=someone has broken into your house.。someone has broken into your house.。someone has broken into your house.。someone has broken into your house.。someone has broken into your house.rn;2.串口通信程序void USART_TRANSMIT(char data) /发送
18、数据函数while(!(UCSRA&(1UDRE);UDR=data;3.主函数void main()int n,u,m;init_devices();for(n=0;n4;n+)USART_TRANSMIT(an);delay250(2000);for(u=0;u21;u+)USART_TRANSMIT(bu);delay250(2000);for(m=0;m180;m+)USART_TRANSMIT(cm);3测试方法我们按照如下的思路完成作品，因为单片机就是一个“微型化的计算机”，它将计算机的主要功能集成在一块芯片上，成为一个控制器。因此，我们先用计算机代替单片机，最后再将计算机的操作功
19、能写进单片机，完成系统设计。首先是计算机与GSM模块的通讯。此部分功能的实现需要用到“串口调试助手”这块软件（这里强烈推荐一下这款软件，若要用到串口功能，这款软件是必不可少的），这可以很直观的看到到底从串口传出了什么数据。其中这一部分内容要用到AT指令，具体用法与格式参看论文，这里不详述。其次是单片机与计算机的通讯，将程序写进单片机后，将单片机的串口与计算机的串口相连，点击运行，就可以从串口调试助手中看到从单片机中是否串出数据，以及数据的格式正确与否。最后，将单片机与GSM模块直接相连，通过串出指令控制模块发送短信，模块的响应时间以及指令的格式问题需要在程序中调节优化。4测试结果总结经实验验证
20、，实现了通过单片机控制GSM Modem 进行短信息的发送。在发送过程中，有时会出现响应过慢的或发送内容不全情况，后经修改程序中的延时函数，以及对GSM 模块初始化后，问题解决，系统工作情况良好。四. 成员分工及完成情况成星 程序的编写与调试 论文修正鲁得泂 程序的编写与调试 论文编写 开题报告与总结王龙 电路板的焊接 硬件连接 ppt制作马向超 html网页 进度报告五. 课程设计使用资源Atmega16单片机，GSM模块，串口线，7.3728MHz外部晶振，导线若干。六参考文献1 WAVECOMAT COMMONDS2 AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践 （马潮）3 AVR323数据手册12
