引 言
在我國，擁有手機的用戶已很普遍，更新也很快，價格也越來越低。因為其工作的無線網(wǎng)絡覆蓋范圍廣，在信息傳遞方面，性能穩(wěn)定、可靠。所以把手機作為信息傳遞的載體，與單片機結合起來構成應用系統(tǒng)有著強大的生命力和廣闊的應用空間，特別是在遠程數(shù)據(jù)傳輸、遠程監(jiān)控等領域更是受到電子設計應用工程師的關注和采用。一些專業(yè)刊物也介紹了一些有關這方面的文章，然而由于手機的控制指令復雜，數(shù)據(jù)格式繁瑣，工程技術人員在進行單片機與手機的硬軟件接口設計時經常會遇到很多困難，有時還無資料可查。作者在完成一個項目的開發(fā)過程中，針對幾種手機進行了大量的測試和實驗，在此基礎上歸納出一些帶規(guī)律性的結論，對此結論，工程設計人員可拿來即用，大大縮短研發(fā)周期，現(xiàn)把它公布出來，愿與廣大電子設計人員共享。
1、單片機與手機的硬件接口
目前市場上流行的大部分手機幾乎都具有數(shù)據(jù)引出口，并基本上都支持與GSM短信息相關的AT控制指令（GSM—SMS—AT指令），手機通過數(shù)據(jù)口以串行方式接收指令并向外輸出數(shù)據(jù)。理論上講，在數(shù)據(jù)口中找出RXD、TXD和GND引腳與單片機的串口對應連接即完成了硬件接口，然而，實際上由于不同品牌，不同型號手機的RXD、TXD和GNG引腳并非一致，找查這三根線有時也非易事，況且手機數(shù)據(jù)口的電平既不是RS232電平，也不是TTL電平，與由5V供電的單片機的串口還不能直接聯(lián)接。最簡單、最可靠的方法是使用手機的數(shù)據(jù)線建立單片機與手機的硬件連接。手機數(shù)據(jù)線是專為連接PC機9針串口而設計的，一是信號電平為標準的RS232電平，只要單片機的串口也轉換為RS232電平，就可方便連接。二是9針串口引腳定義是固定的，即2 腳為TXD（手機發(fā)送），3腳為RXD（手機接收）、5腳為GNG，這樣，無論什么型號的手機與單片機的連接就成了固定連接，不需要知道手機數(shù)據(jù)口信號的具體定義，二者通過數(shù)據(jù)線的連接電路如圖1所示：
需要注意的是：不同手機數(shù)據(jù)線內部電平轉換芯片的供電方式是不同的，有的是通過手機直接供電；有的是通過竊取PC機串口某些引腳（通常為4、6、7、8引腳）的電流經內部整流濾波穩(wěn)壓后提供，判斷的方法是將數(shù)據(jù)線一端插到手機數(shù)據(jù)口，測量另一端2腳與5腳之間的電壓，如果有－7V左右的電壓，則為前者，如果測不出電壓，則為后者，對于后者則需要單片機為4、6、7、8、引腳任意一引腳提供+5V電壓即可，如圖1中虛線所示。
2、單片機與手機的軟件接口及控制原理
單片機與手機的軟件接口其實就是單片機通過與GSM短信息有關的AT指令控制手機的控制技術，如讀取手機的短消息內容，刪除短消息內容，列出手機中還未讀的短消息等。關于AT指令的功能描述請讀者參考“參考文獻”所示的文章內容，此處不再贅述。然而，執(zhí)行一條指令，也并非某些資料中介紹得那么簡單，事實上，指令的執(zhí)行過程需要單片機與手機交互應答完成，每一次發(fā)送或接受的字節(jié)數(shù)有嚴格的規(guī)定，二者必須依據(jù)這些規(guī)定實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，否則，通信就是失敗的，作者經過對幾種手機反復測試，總結出來一些規(guī)律，如表１所示：
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現(xiàn)對幾個問題說明如下：
⑴所有AT指令的指令符號、常數(shù)、PDU數(shù)據(jù)包等都是以ASCII編碼形式傳送的，比如“A”的ASCII編碼為41H，“T”的ASCII編碼為54H，數(shù)字“0”的 ASCII編碼為30H等。
⑵單片機控制手機工作，必須把手機的短信息工作模式設置為PDU格式，即通過指令AT+CMGF=0完成。
⑶單片機向手機發(fā)送每一條指令后，必須以回車符作為該條指令的結束，回車的ASCII編碼為0DH，例如單片機向手機發(fā)送“AT+CMGF=0”這條指令，其ASCII編碼序列為“41H、54H、2BH、42H、4DH、47H、46H、3DH、30H、0DH”，最后一個字節(jié)0DH就是回車符，表示該條指令結束，如果沒有這個回車符，手機將不識別這條指令。
⑷當手機接收到一條完整的AT指令后，手機并不立即執(zhí)行這條指令，而是①先把剛才接收到的AT指令的全部ASCII編碼序列全部反發(fā)送出來（含0DH）；②其次發(fā)送一個回車符和換行符的ASCII編碼，即0DH和0AH；③執(zhí)行該條指令。
⑸手機向單片機傳送短信息內容時，其PDU數(shù)據(jù)包的內容是以16進制表示的數(shù)據(jù)，但并不是直接向單片機傳遞16進制數(shù)據(jù)，而仍然是把每一位16進制數(shù)以ASCII編碼來發(fā)送。這樣，二個字節(jié)的16進制數(shù)就變成4個字節(jié)的ASCII碼。但是，PDU數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)字節(jié)長度部分仍然是實際字節(jié)長度，而不是變成ASCII碼的字節(jié)長度，這在編程時應特別注意，否則，接收的數(shù)據(jù)就不完整。單片機接收到PDU數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)后，必須將其恢復成16進制數(shù)據(jù)，其算法如下：
設： a為接收的ASCII碼，b為轉換后的16進制數(shù)。那么：如果ａ＜39H，則b＝ａ－30H；如果ａ＞39H，則b＝a－30H－07H。最后把前后兩個數(shù)合并為一個字節(jié)。
⑹手機向單片機應答PDU數(shù)據(jù)包的字節(jié)數(shù)不包括前9個字節(jié)數(shù)據(jù) (短信服務中心地址)，但向單片機傳送PDU數(shù)據(jù)包時，包括這9 個字節(jié)的數(shù)據(jù)，例如，如果手機應答的pdu數(shù)據(jù)長度為50，而實際向單片機傳送的16進制數(shù)據(jù)為59字節(jié)，ASCII碼為2*59字節(jié)，所以，單片機必須按2*59個字節(jié)接受pdu數(shù)據(jù)。
3、應用舉例
作者利用上述原理和接口技術開發(fā)了一個項目：高速公路顯示導引系統(tǒng)。安裝在高速公路上的LED顯示屏實時顯示前方路段車輛通行態(tài)勢，和天氣氣候情況，提醒并引導駕駛人員，正確駕駛。該系統(tǒng)的使用一定程度上消除了許多交通事故隱患，從而保障了道路的暢通和人民生命財產的安全。該系統(tǒng)由控制中心和若干個顯示屏組成。控制中心實時將最新信息發(fā)送到各顯示屏。構建控制中心與顯示終端的通信鏈路，傳統(tǒng)的方法要么鋪設光纜用有線方式實現(xiàn)，要么構建專用無線網(wǎng)用無線方式實現(xiàn)。因為高速公路的特殊性，控制中心與顯示終端之間的距離通常很遠，兩種方案都必須投入大量資金和巨大的施工工作量。如果采用GSM公眾無線傳輸網(wǎng)絡，控制中心以短信息的形式把顯示信息發(fā)送到顯示終端的技術方案，則具有投資小，施工方便，工作可靠，運行費用低等諸多優(yōu)點。
在控制中心，微機編輯好短信息后通過手機這個載體發(fā)送出去，在顯示終端，單片機通過讀取手機的短信息把它顯示到LED顯示屏上。項目的核心技術是單片機與手機的接口和PDU數(shù)據(jù)包中的漢字信息編碼，因為短信息中的漢字僅僅是一個編碼，單片機應用系統(tǒng)將編碼變?yōu)闈h字點陣數(shù)據(jù)，必須配置漢字字庫。按照GSM07.05協(xié)議規(guī)定，短信息中的漢字編碼為unicode編碼，如果，構建一個unicode編碼的漢字字庫，確實是一件繁瑣的工作，因此，在設計單片機應用系統(tǒng)時，采用了如下兩點技術措施?！ ?/p>
1）單片機系統(tǒng)配置的字庫為GB-2312編碼的漢字庫，即區(qū)位碼漢字庫，該漢字庫在網(wǎng)上可免費下載，固化到Flash存儲芯片中即可。當然這樣做的前提是，PDU數(shù)據(jù)包中的漢字編碼必須為漢字內碼而非Unicode編碼。
2）控制中心編輯PDU數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)時，采用自定義數(shù)據(jù)方式，其中，代表漢字的數(shù)據(jù)，直接取用漢字的機內碼即可，免去了把機內碼再轉換為Unincode編碼之苦。實踐證明，這是可行的。
采用以上技術措施的優(yōu)點，一是省去了兩種編碼的相互轉換；二是保證了數(shù)據(jù)的保密性，非系統(tǒng)內用戶無法接收，即使接收也無法顯示。
該項目研制成功投入使用后，因顯示終端只接收不發(fā)送，幾乎沒有運行成本。發(fā)送端（控制中心）可采用月租方式，也能把運行費用降低到最低限度。因此該項目受到用戶滿意的評價。
參考文獻
[1] 薛棟梁單片機原理與應用[M] 北京水利水電出版社 2001
[2]李鴻用單片機控制手機收發(fā)短信息電子技術應用2002
[3]馬潮嵌入式GSM短信息接口的軟硬件設計單片機及嵌入式應用 2002
[4] http://lujuzi.cn
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