摘要：介绍用MCS-51系列单片机控制手机收发短信息的原理、硬件电路、PDU数据格式和符合GSM07.05协议要求的短信息发送/接收程序，同时给出了一个应用实例。
GSM（Global System for Mobile communication）系统是目前基于时分多址技术的移动通讯体制中比较成熟、完善、应用最广泛的一种系统。目前已建成的覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，是我国公众移动通信网的主要方式。主要提供话音、短信息、数据等多种业务。基于GSM短消息功能可以做成传输各种检测、监控数据信号和控制命令的数据通信系统，能广泛用于远程监控、定位导航、个人通信终端等。由于公众GSM网络在全球范围内实现了联网和漫游，建立上述系统不须再组建专用通信网络，所以具有实时传输数据功能的短消息应用将得到迅速普及。
目前，人们设计的各类DTE设备基础上以微处理器为核心，带有RS232/RS485等通信接口，在物理层上很容易实现与GSM设置（如手机等）的连接。但对SMS协议的研究文献却较少，特别是用单片机控制手机的SMS（Short Message Service）收发的研究更少。笔者在用单片机设计基于GSM的SMS数据采集器时，对怎样用单片机控制手机收发短信息进行了探讨。
1 串口控制SMS的工作原理
单片机与手机一般采用串行异步通信接口，具有红外和通信电缆两种连接方式，通信速度可设定，通常为19200bps。采用红外接口的优点是单片机系统与手机电气隔离，相互不干扰，接口各自独立，使用方便；缺点是通信距离较短，红外传播的方向性对接口相对位置有要求。采用电缆连接时，数据传输的可靠性较好；其主要缺点是接口的电气参数不兼容，设计不当时会对手机的通信质量产生影响。笔者经过实践设计的接口电平转换电路如图1。
GSM的短信息业务SMS利用信令信道传输，这是GSM通信网所特有的。它不用拨号建立连接，把要发的信息加上目的地址发送到短信息服务中心，经短消息服务中心完成存储后再发送给最终的信宿。所以当目的GSM终端没开机时信息不会丢失。每个短消息的信息量限制为160字节。
现在市场上大多数手机均支持GSM07.05规定的AT指令集。该指令集是ETSI（欧洲通信技术委员会）发布的，其中包含了对SMS的控制。利用GSM手机的串行接口，单片机向手机收发一系列的AT命令，就能达到控制手机收发SMS的目的。ETSI的GSM07.05中用于SMS收发控制的主要AT命令见表1。
表1 常用AT指令 GSM07.05 | Function(功能) | | ATE0 | RESET | | AT+CSMS | 选择短信息服务 | | AT+CPMS | 选择短信息内存 | | AT+CMGF | 选择短信息格式 | | AT+CSCA | 短信息中心地址 | | AT+CNMI | 显示新收到的短信息 | | AT+CMGR | 读短信息 | | AT+CMGS | 发送短信息 | | AT+CMGL | 列出SIM卡中短信息 | | AT+CMSS | 从SIM内存中发短信息 | | AT+CMGW | 向SIM内存中写入待发短信息 | | AT+CMGD | 删除SIM内存中的短信息 | | AT+CSCB | 选择蜂窝广播信息 |
GSM手机通过异步通信接口实现对SMS的控制共有三种接入协议：Block Mode；基于AT命令的TextMode；基于AT命令的PDU Mode。PDU模式是发送或接收手机SMS信息的一种方法，短信息正文经过十六进制编码后被传送。目前，PDU Mode应用最为广泛，基本上全国所有的电信局都提供支持PDU Mode的短消息业务。有些地址则不支持Text Mode和Block Mode，这就限制了这两种接入协议的应用，而且PDU Mode已有取代Block Mode的趋势。为了保证系统具有广泛的适用性，本文采用PDU模式收发SMS。
PDU相当于一个数据包，它由构成消息（SMS）的信息组成。作为一种数据单元，它必须包含源/目的地址、保护（有效）时间、数据格式、协议类型和正文，正文长度可达140字节，它们都以十六进制表示。PDU结构根据短消息由移动终端发起或以移动终端为目的而不同。
当由移动终端发起时，PDU的格式为： SMSC | PDU类型 | MR | DA | PID | DCS | VP | UDL | UD（0～140octed） |
当以移动终端为目的时，PDU的格式为： SMSC | PDU类型 | OA | PID | DCS | SCTS | UDL | UD（0～140octed） |
其中，SMSC为短消息业务中心地址，DA/OA为源/目的地址，PID为协议识别，DCS为数据编码，UDL为用户数据长度，UD为用户数据，VP为有效时间，MR指明是发出信息，SCTS指明短消息到达业务中心的时间。
2 PDU格式下短信息的接收
根据设置不同，手机将收到的短消息保存在缓存单元或存入SIM卡，单片机从手机中接收短消息实质上就是从SIM或缓存中读出信息。这主要利用AT+CMGR和AT+CMGL两条指令来完成，其工作过程见图2。
由于不同的厂商对AT指令集的解释代码和响应信息不一样，所以单片机首先要确认能否与手机建立起通信，一般用ATE指令完成此确认；然后用AT+CMGF指令选定短消息的数据格式；在收到手机的正确回答反以AT指令完成读出功能。一般用AT+CMGL读取以前的信息，在收到手机的RING（振铃）数据时，用AT+CMGR读取实时信息。
以下是笔者设计的物流数据采集系统中用到的接收SMS的一个实例，它说明了PDU模式的应用。单片机发送和接收（手机回答）均为ASCII码。所用手机为SIEMENS S3508i。
操作过程如下（{}内为注释）:
发送：ATE
手机回答：OK {已建立联接}
发送：AT+CMGF=0 {选用PDU格式}
手机回答：OK {允许选择PDU格式}
发送：AT+CMGL=2 {列出已有的短信息}
手机回答：+CMGL：1，2，，24{1表示信息个数，2表示未发信息，24表示信息总容量}
0D71683108370105F004000D81683179133208F10000026080410033802632184CF682D
95E0DC2B36D3D170A0243106933D97A0243106933D97A02451068B1983492608
OK
以上这组PDU格式的十六进制字符串，不但包含了短消息的内容，同时包含了发送者的手机号码、短信息中心号码、短消息发送时间等。
下面对信息内容进行分析：
0D：短信息中心地址（号码）长度。
91：短信息中心号码类型，91是TON/NPI。TON/NPI遵守International/E.164标准，指在号码前需加'+'号；此外还可直有其他数值，但91最常用。
683108370105F0：SMSC 短信息所使用的服务中心号码13807310500。它经过十六进制以字节为单位的高低半字节换位处理，号码是奇数的添F，构成一个HEX字节。
04：PDU类型，文件头字节。
0B：主叫号码长度。
81：主叫号码类型。
3179133208F1：0A主叫号码，也经过了处理，实际号码为13973123801。
00：PID，为协议标识。
00：DCS短信息编码类型是GSM Default Alphabet，即由7位ASCII码移位组成8位十六进制码（octet），其方法见表2。 1sthex | B0 | A6 | A5 | A4 | A3 | A2 | A1 | A0 | 2ndhex | C1 | C0 | B6 | B5 | B4 | B3 | B2 | B1 | 3rdhex | D2 | D1 | D0 | C6 | C5 | C4 | C3 | C2 | 4thhex | E3 | E2 | E1 | E0 | D6 | D5 | D4 | D3 | 5thhex | F4 | F3 | F2 | F1 | F0 | E6 | E5 | E4 | 6thhex | G5 | G4 | G3 | G2 | G1 | G0 | F6 | F5 | 6thhex | H6 | H5 | H4 | H3 | H2 | H1 | H0 | G6 |
02608041003380:SCTS短信息发送时间，02/06/08/14：00：33.08。
26：UDL经处理后的8位码（octet）短信息字节长度，它小于消息ASCII码的长度。
32184CF682D95E30DC2B36D3D170A0243106933D97A0243106933D97A02451068B1983492608：UD 编码后的PDU数据，短信息内容“2002/06/08/13：48ID102OKID103OK ID201FAIL”。
3 短信息的发送
与接收短信息一样，发送时也要先建立联接，传送一些初始化指令，然后发送短消息内容。下面是用SIEMENS S3508i发送一个短信息的例子，内容为：“2002/06/08/13:48 ID102OK ID103OK ID201FAIL”。其ASCII码为：“32030322F30362F30382F31333A34382049443130324F4B
2049443130334F4B2049443230314641494C20”。
发送：ATE {请求建立联接}
手机回答：OK {已建立联接}
发送：AT+CMGF=0 {选择PDU模式}
手机回答：OK
发送：AT+CSMS=0{检测手机是否支持SMS命令}
手机回答：OK
发送：AT+CMGS=52{发送短信息，52 octets（不包括最初9个短信息元字节）}
手机回答：>{允许上传数据，ASCII码是（$20H，$2EH）}
发送：0891683108701305F011000B813179133208F10000AA2632184CF682D95
E30DC2B36D3D170A0243106933D97A0243106933D97A02451068B19834926081A
不计最初9个短消息信元字节，本短信息有52字节（104个字符）。AT+CMGS仅说明了SMSC信息内容的长度，在收到手机回答的>符号手才发送PDU数据串，并以（CTRL^Z）结束。
PDU数据串的内容说明如下：
08：短信息信元SMSC（短信息中心号码）的字节长度
91：短信息中心号码类型，91表明中心号码是国际通用电话号码。
683108701305F0：短信息中心号码：8613807310500。
11：PDU SMS发送的文件头字节。这里11指正常发送短信息。
00：信息类型。这里00指让手机自动加上主叫号码。
0B：被叫号码长度。
81：被叫号码类型。
3179133208F1：被叫号码13973123801。
00：协议标识。
00：短信息编码类型是GSM Default Alphabet。
AA：短信息被保留的时间为4天，其计算方法依照表3。
| VP值 | 短消息有效时间长度 | | 0～143 | （VP+1）×5分钟 | | 144～167 | 12时+（VP-143）×30分 | | 168～196 | 1天×（VP-166） | | 197～255 | 1周×（VP-192） |
26：PDU格式短信息编码后字节长度。
32184CF682D95E30DC2B36D3D170A0243106933D97A0243106933D
97A02451068B1983492608：编码后的PDU数据，短信息内容为“2002/06/08/13：
48ID102OKID103OK ID201FAIL”。
1A：ASCII码CTRL^Z：报文结束标志。
4 应用情况及常见主要问题的解决
笔者用MCS-51系列的单片机研制了一个手持式的数据采集产品，通过SIMEENS手机，利用GSM的SMS传输数据。经过在国内多个省市较大数量长期广泛的使用，性能良好，没有出现数据丢失的现象。证明上述设计用，性能良好，没有出现数据丢失的现象。证明上述设计是正确的。但在调试和试用阶段也遇到了如下问题：
（1）接口电平
手机的电缆接口电平一般是3V左右，单片机系统的工作电压一般为2.7～5.5V，范围较宽，为保证数据传输的正确，需在接口加电平限制电路，详见图1。
（2）部分城市无法使用
一些城市的SMS平台不允许使用缺省短消息服务中心号码的协议，只需在发送的PDU数据前面几个字节加上中心号码即可，详见本文发送实例。
（3）不能接收已正确发送的短消息
除GSM的SMS信道拥塞原因外，主要是PDU中PID字节的设置，使得收到的信息要存入SIM卡，而SIM卡已满，故不再接收信息。改变PID的设置即可。
（4）收不到开机前的短消息
主要是发送数据时，对短消息有效时间VP值设置不当造成的。 | 
发表于 2010-10-14 17:17
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