摘 要： 研究了GSM MODEM、GPS模塊和Atmega128單片機的通信，闡述了GSM MODEM收發信息的基本原理以及通過單片機控制GSM MODEM收發信息和接收GPS信息的基本過程。介紹了以單片機為主的硬件電路以及軟件實現過程，詳細分析了程序設計的流程。
關鍵詞： GSM MODEM；GPS；Atmega128單片機
在惡劣的自然條件下，實施人工作業有很大的危險性，雖然有時可以由機器人來代替人，但機器人造價昂貴，因而研究一款造價低廉而又實用的遠程控制系統具有重大意義。
GSM網絡技術的發展和GSM網絡覆蓋面積的增加，使其在遙測、遙控、數據采集和遠程控制等領域得到了廣泛應用。單片機與短信貓(GSM MODEM)的通信在GSM的應用中占據重要位置，GPS應用的普及使得遠程控制及定位得以實現。本文給出了GSM MODEM、GPS模塊和Atmegal系列單片機的硬軟件設計，并介紹了整個模塊的編程實現過程。
1 系統的硬件構成
1.1 Atmega128單片機簡介
Atmega128單片機是一款基于AVR內核、采用RISC結構的增強型低功耗CMOS 8 bit微控制器；其大部分指令在一個時鐘周期內完成，因此具有1 MIPS/MHz的數據吞吐率；具有優化的功率消耗結構，在功耗相對較少的情況下可以進行復雜的處理。
1.2 單片機控制GSM MODEM的原理
1.2.1 AT指令簡介
AT指令就是帶有串行口的設備操作GSM MODEM或手機的指令集。每個AT指令都以AT+開頭，以回車換行為結尾。每個命令執行成功與否都有相應的信號返回。本文僅簡單介紹將設備所用到的與發送和接收信息相關的AT指令[1]。
1.2.2 與GSM MODEM相關的AT指令
GSM MODEM與單片機或終端之間通過串行口RS-232C連接。多數GSM MODEM使用AT指令來設置參數。為避免在程序運行過程中出現問題，致使GSM MODEM不能正常工作，本文用計算機中的超級終端來對其進行設置。下面是常用的與短信數據通信開發相關的幾條主要的AT指令[2-4]。
AT+CMGF：選擇對短消息控制的模式(0—PDU；1—文本)；
AT+CMGS：發送短消息；
AT+CMGR：讀短消息；
AT+CMGL：列出SIM卡中的短消息；
AT+CMGD：刪除短信息(刪除一條或多條短信息)。
1.2.3 對短消息控制的三種模式
對短消息控制共有三種模式：(1)基于AT命令的Text Mode；(2)Block Mode；(3)基于AT命令的PDU Mode。使用Block Mode需要手機生產廠家提供驅動支持，目前PDU Mode已取代Block Mode，而Text Mode相對比較簡單，應用較為方便，可以滿足本設備的需求。故本設備將GSM MODEM設置為Text Mode。
1.3 單片機與GSM MODEM的連接
由于GSM MODEM提供的接口是標準的RS-232C接口，采用EIA-RS-232C電平。而單片機使用TTL電平，與EIA-RS-232C電平不兼容，因此，需要在單片機和GSM MODEM之間連接電路實現電平轉換。一般用芯片MAX232來實現EIA-RS-232C與TTL電平之間的轉換。
MAX232芯片是Maxim公司生產的，包含二路接收器和驅動器，適用于各種EIA-RS-232C和V．28／V．24的通信接口。MAX232芯片內部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的+5 V電源電壓變換成RS-232C輸出電平所需的±10 V電壓，其工作電壓為+5 V。
本文單片機屬于主控設備，用串口與GSM MODEM連接過程中需要注意接線的方法。GSM MODEM的串口將RS-232C接口標準定義的所有信號線都用到了，并且是按照DTE和DCE之間信息交換協議的要求進行連接的，使用時只不過是把DTE發出的信號當作對方DCE發來的信號。因此，把這種連接稱為雙叉環回接口。單片機與GSM MODEM的串口連接如圖1所示。
2 設備功能分析以及各模塊的編程實現
2.1 設備功能分析
本設備主要是完成對SMS短消息的接收及分析，并執行相應的動作和發送反應信息完成對目標的遠程控制。當需要提供地理信息時將連接GPS的串口打開，接收GPS信息。具體功能如下：
(1)模塊開機后能夠隨時接收來自主控系統按照協議發送的信息。
(2)設定一定的時間對存儲卡內的信息內容進行篩選解讀分析，做出相應的處理。
(3)如果需要設備的地理信息，將連接GPS的串口打開接收GPS數據信息。
系統的工作流程圖如圖2所示。
2.2 設備各模塊的編程實現
按照設備的功能要求，將設備分為以下幾個部分。
2.2.1 初始化模塊
初始化主要包括：
(1)單片機的初始化。對單片機的串口進行設置，打開兩個串口中斷允許位，設置波特率，用于與GSM MODEM和GPS進行通信[5-6]。
(2)GSM MODEM的初始化。對GSM MODEM的工作方式進行設定(包括關回顯)，以方便程序運行。具體程序如下：
const char ATE0[]="ATE0\r\n"；//定義關回顯指令
COM_rx_reset( )； //復位串口
COM_putsf(ATE0)； //關回顯
其他的工作方式可由計算機的超級終端進行設置，可以一直保存設置。而GPS模塊則利用自身的默認設置。
2.2.2 短信息的發送和接收執行模塊
短信息的發送需要運用AT指令將要發送的內容通過串口發送給GSM MODEM模塊。在短信發送中，只向主控機發送所要求的信息內容，因此通信地址固定添加主控機的地址即可。發送信息的功能函數程序如下：
COM_rx_reset( ) ； //復位串口
COM_putsf(AT_CMGS) ； //發送AT控制指令
COM_putsf(Mp1_Hand)； //添加通信地址
COM_putsf(CRLF)； //回車換行
while(1)
{
if( ACK_ON(READY_)) //檢測模塊握手信號
{break；}
}
delay_1ms (200) ； //延時200 ms
COM_puts(msg) ； //輸入信息內容
COM_putsf(END_MESS) ； //輸入信息內容結束
COM_putsf(CRLF)； //回車換行
短信息的接收可以采用中斷方式和定時查詢方式。中斷方式是：如果有新信息到達，單片機就會收到下列提示：+CMTI：”SM”，<index>。
可以通過檢測串口是否收到“+CMTI”來判斷新信息的到達，以采取相應的動作。采用定時查詢的方式接收新信息，也就是將手機卡內的全部信息用指令AT+CMGL=”ALL”列出來并放入rx_buffer[RX_BUFFER_SIZE]中。考慮到多條信息的到來會丟失信息，所以本系統采用的是定時查詢方式。相應的程序如下：
COM_rx_reset( )；
COM_putsf(AT_CMGL)；
COM_putsf(CRLF)；
列出來的內容需要進行合法信息篩選，即把每條信息的index提取出來，將提取的合法信息內容和index存起來，然后一一進行處理，并將已讀信息刪除(務必要進行刪除信息的工作，不然會對系統工作的穩定性造成影響)。
2.2.3 GPS模塊的數據接收
GPS模塊可以采用對連接GPS的串口進行開關而控制。GPS信號有二進制和ASCII兩種，本文主要采用ASCII，即NMEA0183格式[7-8]。GPS-OME板輸出帶有各種功能的數據語句，如$GPGGA、$GPGSV、$GPRMC等，其中以$GPRMC定位數據最為常用，其數據的一般格式為：
$GPRMC，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<11>，*hh
其中，<1>為當地位置的UTC時間(hh：mm：ss)；<2>為接收狀態，即顯示出“A”為位置有效，“V”為位置非有效接收警告(在當前天線視野上方的衛星個數少于3顆時)；<3>為實際緯度；<4>表示半球緯度N或者S；<5>為實際經度；<6>表示半球經度E或者W；<7>為GPS屬性指示；<10>表示當地的海拔高度。格式中未解釋的項本文不用。
在連接GPS的串口中斷服務程序中只要將帶有“$GPRMC”的那一條語句提取出來就可以了。
本文以單片機串口通信技術和GSM MODEM短消息傳輸技術為基礎，針對遠程控制定位的需求，開發了一種對數據采集終端進行遠程控制和定位的解決方案以及具體實現過程，為遠程終端控制應用提供了技術參考，具有一定的理論和實際意義。
參考文獻
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