利用GSM短信實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信

利用GSM短信進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，在有些場合是一種比較好的選擇。很多文獻(xiàn)里都介紹了有關(guān)GSM模塊的功能、使用，以及AT命令等，但實(shí)際應(yīng)用中還有許多技術(shù)細(xì)節(jié)必須考慮。另外通信是在復(fù)雜的環(huán)境里進(jìn)行的，GSM模塊除了收到本系統(tǒng)內(nèi)部有效的命令、數(shù)據(jù)外，還會收到一些其他信息、數(shù)據(jù)，如廣告短信、移動公司的各種通知等。它們會從以下兩個(gè)方面影響數(shù)據(jù)的正常傳輸。一方面，由于這些短信的長度、出現(xiàn)的時(shí)間及次數(shù)都是隨機(jī)的，為保證系統(tǒng)的正常工作必須將接收緩沖區(qū)設(shè)置得較大，否則可能會造成緩沖區(qū)的溢出而引起系統(tǒng)崩潰；但一般受系統(tǒng)中使用的MCU資源的限制，緩沖區(qū)不可能設(shè)置得過大。另一方面，由于這些短信的頻繁出現(xiàn)，信箱很快會被塞滿，如不及時(shí)刪除勢必影響系統(tǒng)正常的數(shù)據(jù)傳輸。本文以Motoro1a公司的G20模塊為例，就實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)和上述問題的解決作一介紹，但對GSM模塊與MCU之間的具體硬件連接、AT命令及短信的格式等不再贅述。

1 GSM模塊軟硬件接口的幾個(gè)問題
    GSM模塊一般帶有標(biāo)準(zhǔn)的異步串行接口，MCU通過該串行接口向GSM模塊發(fā)送命令和數(shù)據(jù)，也通過它接收GSM模塊的信息和數(shù)據(jù)。

    GSM模塊上電后首先要進(jìn)行初始化。一般來說，MCU首先可向它發(fā)送一AT命令“ATEO”，以消除“回顯”，盡量減少M(fèi)CU串行口接收到的字符；然后發(fā)送AT命令“CNMI”，將GSM模塊設(shè)置為“主動通知模式”。這樣當(dāng)GSM模塊收到短信后便會主動地向串口發(fā)送信息“CMTI”通知MCU，表示有新的短信到達(dá)。另外，還要檢查信箱中是否存放有短信。若有，則將其一一讀出，然后逐一刪除，以保持信箱中為空。

    GSM模塊開始工作后，每當(dāng)收到短信時(shí)便會主動通過串口向MCU發(fā)送信息“CMTI”，MCU接收到此信息后發(fā)出AT命令“CMGR”讀取短信，GSM模塊即將該短信通過串行口發(fā)送給MCU，由MCU判斷該短信是本系統(tǒng)內(nèi)的正常數(shù)據(jù)，還是廣告或其他信息。如果是本系統(tǒng)內(nèi)的正常數(shù)據(jù)，則提取該短信中的數(shù)據(jù)，同時(shí)發(fā)出AT命令“CGMD”以刪除該短信；如果不是正常數(shù)據(jù)，則直接刪除該短信。MCU發(fā)送短信的過程如下：首先，MCU發(fā)送AT命令“CMGS”；然后，等待GSM模塊的允許發(fā)送短信的響應(yīng)信息“>”，MCU收到響應(yīng)信息后即可發(fā)送數(shù)據(jù)，GSM模塊將數(shù)據(jù)以短信形式發(fā)送；最后，GSM模塊通過串行口向MCU發(fā)出短信發(fā)送成功與否的信息。上述過程如圖1所示。從GSM模塊中讀出的信息除短信本身外，還包括一些其他信息，如SIM卡號、日期時(shí)間、各種間隔／結(jié)束字符等。在此過程中MCU的串行口會頻繁地收到大量數(shù)據(jù)，因此必須要為串口設(shè)置足夠的接收緩沖區(qū)。但由于MCU內(nèi)RAM資源有限，為有效地使用資源，可將接收緩沖區(qū)設(shè)置為環(huán)形，緩沖區(qū)的大小應(yīng)保證能夠容納一條最長的短信，再加上其他附加信息的長度。至于發(fā)送緩沖區(qū)，直接設(shè)定為合適大小即可。

2 具體實(shí)現(xiàn)
    在MCU與GSM模塊通過串行口交換數(shù)據(jù)的過程中，一般串行口可用中斷方式。MCU發(fā)送數(shù)據(jù)的情況較簡單，故這里的重點(diǎn)是MCU串行口的接收。如前所述，接收緩沖區(qū)應(yīng)設(shè)置為環(huán)形，由于MCU的存儲器實(shí)際上是線性結(jié)構(gòu)，因此環(huán)形緩沖區(qū)是通過指針操作實(shí)現(xiàn)的。

    初始化時(shí)使輸入／輸出指針(datain／dataout)同時(shí)指向開始位置，此時(shí)緩沖區(qū)為“空”。串口接收程序CommIsr()每向緩沖區(qū)中放入1個(gè)寧符后，使輸入指針向后移動1位；移動到最右邊時(shí)，指針應(yīng)循環(huán)移動到緩沖器的左邊；當(dāng)輸入指針移動到輸出指針右邊l位時(shí)，緩沖區(qū)為“滿”，此時(shí)便不能再向緩沖區(qū)中放入字符。短信數(shù)據(jù)處理程序GetShortMsg()每從緩沖區(qū)中取出1個(gè)字符，輸出指針移動l位，方法同輸入指針。當(dāng)輸出、輸入指針重合時(shí)，緩沖區(qū)為“空”。在工作中串行口接收中斷程序?qū)⒔邮盏拿?個(gè)字符按順序放入緩沖區(qū)中，而短信數(shù)據(jù)處理程序按順序從緩沖區(qū)中取出每個(gè)字符，兩者形成“生產(chǎn)者和消費(fèi)者”的關(guān)系，如圖2所示。

    工作時(shí)系統(tǒng)主程序町以隨時(shí)檢查緩沖區(qū)中是否有接收的數(shù)據(jù)(即檢查緩沖區(qū)是否為“空”)，但為減小數(shù)據(jù)處理程序的開銷，可在只有接收程序收到一個(gè)完整的幀時(shí)才使用某種信號或標(biāo)志通知主程序進(jìn)行，然后由主程序調(diào)用短信數(shù)據(jù)處理程序處理。通過分析可知，GSM模塊發(fā)送信息時(shí)一般用連續(xù)的兩個(gè)字符OxD和OxA結(jié)束，故MCU的串口接收程序可以在收到OxD和0xA時(shí)建立標(biāo)志或發(fā)信號，數(shù)據(jù)處理程序檢查到標(biāo)志后即可獲取、分析緩沖區(qū)中的短信。短信中包括發(fā)送方的SIM卡號，數(shù)據(jù)處理程序據(jù)此判斷是否為本系統(tǒng)的有效數(shù)據(jù)，若是則讀取其中的數(shù)據(jù)。這種方式既可以運(yùn)用于“前一后臺”方式，也可以用于RTOS方式。

    接收緩沖區(qū)的管理涉及的數(shù)據(jù)和函數(shù)如下：

    利用上述方法在MCS-5l系列單片機(jī)上成功地利用短信實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，占用資源少，未出現(xiàn)信箱堵塞的現(xiàn)象。