基于GPS-GSM的汽车防盗追踪系统设计.doc

（此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！）基于GPS-GSM的汽车防盗追踪系统设计1.1 引言 随着经济的飞速发展，汽车作为人类重要的交通工具正在迅猛增加。然而，现代科技的发展促使犯罪分子的作案手段不断提高，汽车被盗事件越来越多。据统计，深圳市每年有上千辆汽车被盗；美国汽车被盗率为0.36辆/s，每年至少有150万辆汽车被盗；香港每年也有4000辆汽车被盗。汽车的安全保护技术已引起广泛重视。为了防范汽车被盗，科研工作者们研制开发了很多汽车防盗新技术，各种装置相继产生并被广泛运用。汽车防盗器按其结构和功能可以分为四大类：机械式、电子式、芯片式和网络式。其中机械锁是最传统的防盗装置，一般不单独使用；电子式防盗系统是目前运用最广的防盗装置；而芯片式数码防盗器和网络防盗系统则是汽车防盗技术的发展方向。其中网络防盗系统的最大优势是突破了距离的限制，其中应用得最广泛的是GPS-GSM模式。该模式下的网络防盗系统将车主和汽车之间实时的联系在一起，一旦汽车被盗或出现异常，可通过GSM模块将汽车的位置信息传递给车主，以此车主可将汽车追回。1.2 国内外研究现状 20世纪90年代以来，电子信息技术的飞速发展使电子信息技术、传感器技术、数据通讯技术、网络技术、计算机处理技术和控制技术等有效地应用于汽车防盗技术，促进了汽车防盗技术的高度智能化和功能多样化。随着汽车电子技术的发展，汽车防盗设备按其结构与功能可分为四大类：机械式防盗器、电子式防盗系统、芯片式防盗系统和基于GPS-GSM的网络式防盗系统。它们之间各有优劣，但是汽车防盗的发展方向是向智能化程度更高的芯片式和网络式发展。1.2.1 机械式防盗器机械式防盗装置是比较常见而又古老的装置，它主要是利用简单的机械式原理锁住汽车上的某一机构，使其不能有效发挥应有的作用，以达到防盗的目的。目前，国内常见的机构式防盗装置有： （1）方向盘锁，即常见的拐杖锁。主要是将方向盘与制动脚踏板连接在一起，使其不能做大角度转向或制动，有的可直接使方向盘不能正常使用。 （2）轮胎锁，即用一套锁具把汽车的一个轮胎固定，使之不能转动。这种方法比较麻烦，而且锁具也很笨重。 （3）变速器锁，通常在停车后，把换挡杆推回P位或挂挡位置，加上变速锁，可使汽车不能换挡。机械式防盗锁装置主要靠锁定离合器、转向盘、变速杆等来达到防盗的目的，但只能防盗不能报警。其优点是价格便宜，安装简便。缺点是使用不隐蔽，防盗不彻底，拆装较麻烦。1.2.2 电子式防盗系统 随着电子技术在汽车上的应用，各种电子防盗报警器应运而生。它克服了机械锁能防盗不能报警的缺点，是目前应用最广泛的防盗锁之一，分为单向和双向两种。单向的电子防盗系统的主要功能是：车的开关门、震动或非法开启车门报警等，甚至有些可以用电子遥控器来完成发动机启动、熄火等。双向可视的电子防盗系统相比单向的更为直观，能彻底让车主知道汽车现实的状况，当车有异动报警，同时遥控器上的液晶显示器会显示汽车遭遇的状况，缺点是有效范围只有100-200米。同时电子防盗系统还有一个致命伤在于其电子密码和遥控器操作方式，当车主用遥控器开关车门时，匿藏在附近的偷车贼可以用接收器或扫描器盗取遥控器发出的无线电波或红外线，再经过解码，就可以开启汽车的防盗系统。1.2.3 芯片式防盗系统目前在汽车防盗领域位居重点的当属芯片式数码防盗器。它通过锁住汽车马达、电路和油路达到防盗目的，若没有芯片钥匙便无法启动车辆。数字化的密码重码率极低，而且要用密码钥匙接触车上的密码锁才能开锁，杜绝了被扫描的可能。由于特点突出且使用方便，大多数轿车均采用它作为原配防盗器。目前进口的很多高档车及国产大众、广州本田等车型已装用原厂的芯片防盗系统。芯片式防盗已经发展到第四代，除了比电子防盗系统更有效的防盗作用外，它还具有特殊诊断功能。如独特的射频识别技术（RFID）可保证系统在任何情况下都能正确识别驾驶者，当驾驶者接近或远离车辆时可自动识别其身份，打开或关闭车锁。1.2.4 网络式防盗系统 网络式防盗系统是通过网络实现对汽车的控制，及时向车主汇报汽车的实时信息。计算汽车当前的经纬度、速度和方向等信息，再将这些信息通过GSM网络的短信息平台作为通信媒介实现定位信息的传输。一旦汽车被盗或出现异常，可通过这些信息来确定汽车的实时地理位置和多方面信息，配合各方面力量将汽车追回。网络式防盗突破了距离的限制，覆盖范围广，可用于被盗汽车的追踪侦查，可全天候应用。可以说GPS防盗技术是一场技术革命，它一改传统防盗器的被动、孤立无助的被动式服务，能为车主提供全方位的主动式服务，是目前其他类型汽车防盗系统所不能比拟的。1.3 课题研究的背景及意义1.3.1 课题研究背景国内外汽车防盗装置的种类繁多，发展迅速。目前，国际上流行的基本上是电子式汽车防盗产品，如汽车识别钥匙、电子编码点火钥匙、生物特征电子锁，它具有很好的性价比，在市场上占有绝对优势。欧盟所有新车型从1997年开始都必须配备电子防盗装置，并经过过渡期后，将此规定变成法律限期强制施行。据统计，装有电子防盗器汽车的被盗率为万分之四五，而未装电子防盜装置的汽车被盗率则高达万分之四十！机械锁是最早的汽车防盗锁，现己很少单独使用，主要与电子式、芯片式联合使用。从20世纪70年代至今，以轿车为突破口，汽车锁己由初期的机械控制发展成现在的电子密码遥控呼救信息报警系统，且防盗功能有很大提高。总体来看，国内的汽车防盗技术水平仅为国际20世纪90年代后期的水平，国内掌握制动器防盗装置的开发实验技术并形成批量生产的厂商没有几家，且防盗装置一般都存在报警范围小、只能实现本地报警、不能实现远程控制，只能实现单纯报警、对被盜车辆不能实现跟踪等缺点。除此之外，国内制定的汽车防盗法律法规不够健全，执行不够严格；生产企业对汽车防盗的认识不够重视，资金投入不足，这些都造成国内汽车防盗水平相对落后，不能适应我国汽车发展对汽车防盗技术的需求。因此，我国汽车防盗产品的升级换代势在必行，汽车防盗必将进入一个调整发展的新时期。1.3.2 课题研究的意义 本课题研究的意义在于： （1）在传统防盜器领域，引入了嵌入式系统理念，提出一种新的全方位汽车安全解决方案，通过GSM的通讯平台，为汽车防盗系统的无线网络化发展提供了良好的应用基础。 （2）将GPS定位技术运用到相应的汽车防盗系统中，通过监控中心的管理使得汽车安全系数有了很大提高，为汽车防盗安全体系的实现提供了一种新型解决方案。 （3）利用较低的硬件环境完成较高的系统功能，为网络式汽车防盗系统市场探索出一条新路，为今后网络式防盗系统在国内的普及奠定了基础。. 课题主要研究内容本课题主要对汽车防盗器进行研究，在分析GPS-GSM原理及其应用的基础上，针对传统汽车防盗器功能单一、结构简单、可靠性不高的缺点，在充分研究该系统各要素的基础上，以Silicon Laboratories公司的高速8位嵌入式微控制器C8051F340为核心，通过该处理器的串口和各个数字I/O端口分别实现对GPS模块的控制，实现了对汽车当前的位置、速度等信息进行实时监控，并利用GSM模块实现对车主和监控中心的交互，实现对汽车的跟踪定位功能。2. 防盗追踪系统的总体设计 基于的汽车防盗追踪系统主要由：车载终端（微控制器、GPS模块、GSM模块、LCD显示电路)、传输网络(GSM网络）、用户手机组成。在对系统的通信平台、定位技术、功能和性能要求分析的基础上，提出系统的整体设计方案。2.1 系统的通信平台2.1.1 通信平台的选择目前，车辆防盗系统的通信平台有常规通信网、集群通信网、GSM网、CDPD（CellularDigitalPacketData，蜂窝数字分组数据）网以及GPRS网等多种方案。（1）常规通信网：常规通信网信道利用率低，通常采用大区制，覆盖范围小，仅适用于构建小系统。 （2）集群通信网：集群通信网虽然信道利用率比常规通信网有所提高，但是信道建立需要时间，系统在TDMA（TimeDivisionMultipleAccess，时分多址)传输模式下，容量过大时系统的实时性得不到保证，并且误码率相对较髙。 （3）CDPD网：CDPD网虽然传输速度快，但其建网范围相对较小。 （4）GSM短消息：GSM短消息业务的通信方式是目前用的较多的一种，因为其覆盖范围大，并且可以全国漫游 。 （5）GPRS网：GPRS具有传输速率大，频率利用率高，误码率几乎为零，支持多种网络协议，并且支持漫游等特点。综合传输速率、频率利用率、网络时延、覆盖范围等多方面的考虑，选用GSM网络作为系统通信平台。2.1.2 GSM网络 GSM是“全球移动通信系统”（Global System for Mobile Communications）的英文缩写，是由欧洲电信标准协会于1982年开始研究制定的国际标准化的技术体制。SMS是短信息服务（Short Message Service）的简称，它是GSM 移动通信技术提供的一项基本数据业务。SMS通过无线控制信道进行传输，经短消息业务中心完成存储和前转，实现手机发送和接收有限长度的文本信息的功能。一条短信最多可以包含160个英文字母(7-bit编码)或70个非拉丁字母(16-bit编码），如中文汉字。2.1.3 AT指令的格式AT指令一般应用于MT和TE程序间通信，即终端设备与PC应用之间的连接与通信。AT指令是以AT作首发送，每个指令执行成功与否都有相应的返回，其他的一些非预期的信息(如有人拨号进来、线路无信号等)，模块将有对应的一些信息提示，接收端可做相应的处理。所以它的命令和返回的值及格式都是固定的，总体上来说AT指令有四种形式： （1）“AT+xxx=?”为测试命令（Test Command），执行此种命令将返回此命令所支持的参数及参数范围； （2）“AT+xxx?”为读命令（Read Command），执行此种命令将返回此命令当前的参数值； （3）“AT+xxx=”为写命令（Write Command），执行此种命令将设置此命令的参数值； （4）“AT+xxx”为无参数的执行命令（Execution Command）；特别要注意的是这些命令的返回形式为： Response代表ASCII中回车字符，值为0x0D；代表ASCII中换行字符，值为0x0A；2.1.4 短消息发送格式详解 短消息的发送方式取决于网络中SMSC能支持的接口ETEI（European Telecommunications Standards Institute欧洲通信技术标准委员会）制定的短信息发送协议定义了三个接口协议:块模式、文本模式和PDU模式，用于移动台和终端设备之间通过异步接口传送短消息数据，本文采用PDU模式。PDU模式（PDU Mode）：GSM短消息原先的设计是用来发送西文消息，其支持的字符集为七位编码，表示西文字母己经足够，但要表示中文信息，七位编码是完全不够的。要表示中文信息，则必须采用PDU模式。PDU模式又包含了3种编码方式，分别是7-bit编码(UTF-7)，8-bit编码(UTF-8)，16bit编码(UTF-16)。7-bit编码用于发送普通的ASCII字符；8-bit编码通常用于发送数据消息，比如图片和铃声等；而16-bit编码用于发送Unicode字符。在这三种编码方式下，可以发送的最大字符数分别是160、140和70（实际都占用140 bytes）。Unicode（Universal Multiple-Octet Code Character Set，万国码、统码)是一种字符编码方法，它为每种语言中的每个字符设定了统一并且唯一的二进制编码，以满足跨语言、跨平台进行文本转换、处理的要求。 Unicode可以简称为UCS（Universal Character Set），UCS有两种格式：UCS-2和UCS-4。顾名思义，UCS-2就是用两个字节编码，UCS-4就是用4个字节（实际上只用了31位，最高位必须为0)编码。下面我们重点介绍一下UTF-16编码。UTF-16以16位为单元对UCS进行编码。UTF-16可看成是UCS-2的父集。对于小于0x10000的UCS码，UTF-16编码就等于UCS码对应的16位无符号整数。对于不小于0x10000的UCS码,则定义了一个算法。不过由于实际使用的UCS2、UCS4的码值必然小于0x10000，所以就目前而言，可以认为UTF-16和UCS-2基本相同。使用PDU模式发送“hello，你好！”至手机“13893815453”的实例如下：AT+CMGF=0设置采用PDU模式发送短信AT+CMGS=32输入发送指令和数据长度（不包括短信信息中心地址长度）GSM模块返回“”号0891683108908305F011000D91683198835154F30008001200680065006C006C006FFF0C4F60597DFF01输入PDU数据串和结束符“” 下面以上表为例详细分析一下PDU数据串的含义。PDU数据串从结构上可以分为信息头和信息体两部分，信息头中包括短信中心号码、信息类型、被叫地址和字符集选择等信息，这些都是以8位字节的16进制数，或者半8位字节的十进制数，信息体为Unicode格式编码的信息内容。08 91 683108908305F0 11 00 0D 91 683198835154F3 00 08 00 12 00680065006C006C006FFF0C4F60597DFF01（1）08短信息中心地址长度。指（91）+（683108908305F0）的长度，共8字节。（2）91短信息中心号码类型。91是TON/NPI遵守International/E.164标准，指在号码前需要“+”号；此外还有其它数值，但91最常用，91H=10010001B。BIT No.76543210Name1数值类型号码鉴别数值类型（Type of Number）： 000未知，001国际，010国内，111留作扩展；号码鉴别（Numbering plan indentification）： 0000未知，0001ISDN/电话号码（E.164/E.163），1111留作扩展； （3）683108908305F0短信中心号码。号码需要奇偶换位，且如果长度为奇数需要在尾部补上F然后换位。实际号码应为：8613800938500。（1）（2）（3）通称短消息中心地址（Address of the SMSC）。（4）11文件头字节。11H=00010001B；BIT No.76543210NameTP-RPTP-UDHITP-SRRTP-VFPTP-RDTP-MTIValue00010001应答路径TP-RP（TP-Reply-Path）：0不设置；1设置。用户数据头标识TP-UDHI（TP-User-Data-Header-Indicator）：0不含任何头信息；1含头信息。状态报告要求TP-SRR（TP-Status-Report-Request）：0不需要报告；1需要报告。有效期格式TP-VPF（TP-Validity-Period-Format）：00不提供（Not present）；10整型（标准）；01预留；11提供8位字节的一半（Semi-Octet Represented）。拒绝复制TP-RD（TP-Reject-Duplicates）：0接受复制；1拒绝复制。信息类型提示TP-MTI（TP-Message-Type-Indicator）：00读出（Deliver）；01提交（Submit）。（5）00信息类型（TP-Message-Reference）。（6）0D被叫号码长度，“8613893815453”共13位。与短信息中心地址长度不同，这里的长度是阿拉伯数字的个数。（7）91被叫号码类型（同（2）。（8）683198835154F3被叫号码，与短信息中心地址经过了同样的处理，实际号码为“13893815453”。（6）（7）（8）通称为目的地址（TP-Destination-Address）。（9）00协议标识TP-PI（TP-Protocol Identifier）：BIT No.76543210 Bit No.7与Bit No.6：0001参见GSM03.40协议标识完全定义；10预留；11为服务中心（SC）特殊用途分配。一般将这两位置为00。Bit No.0-Bit No.5：Bit No.5：0不使用远程网络，只是短消息设备之间的协议；1使用远程网络。Bit No.0-Bit No.4：00000隐含；00001电传；00010group 3 fax；00100语音；00101欧洲无线信息系统（ERMES）；00110国内系统；10001任何基于X.400的公用信息处理系统；10010Email。（10）08数据编码方案TP-DCS（TP-Data-Coding-Scheme）BIT No.76543210Bit No.7与Bit No.6：一般设置为00；Bit No.5：0文本未压缩，1文本用GSM标准压缩算法压缩；Bit No.4：0表示Bit No.1、Bit No.0为保留位，不含信息类型信息，1表示Bit No.1、Bit No.0含有信息类型信息；Bit No.3与Bit No.2：00默认的字母表，018bit，10USC2（16bit），11预留；Bit No.1与Bit No.0：00Class 1，01Class 2（SIM卡特定信息），11Class 3。本例中为USC2（16bit）编码。（11）00有效期TP-VP（TP-Valid-Period）VP alue相应的有效期00 to 8F（VP+1）*5分钟90 to A7 12小时+（VP-143）*30分钟A8 to C4 （VP-1）*1天C5 to FF（VP-192）*1周 本例中该短信有效期为（0+1）*5分钟=5分钟。 （12）12用户数据长度TP-UDL（TP-User-Data-Length），用户数据长度为18个字节（12H）。 （13）00680065006C006C006FFF0C4F60597DFF01用户数据TP-UD（TP-User-Data）“hello，你好！”。 采用UTF-16编码时，所有字符均以2个字节表示，数字及英文字母的Unicode码低字节为其ASCII码，高字节以0x00填充，如“h”表示为0068。2.2 系统的定位技术2.2.1 定位技术的选择目前可以应用在车辆监控系统的定位技术有很多，例如全球定位系统GPS技术、全球轨道卫星导航系统GLONASS技术、GSM手机定位技术等，其中GPS定位技术在车辆监控系统中应用最为广泛，GPS技术的定位精度完全满足了车辆监控系统的要求。GPS接收机与GLONASS接收机相比，种类繁多，价格相对便宜，便于选择适合系统需求的接收机。从可实现性、精度、成本等方面考虑，系统选择了 GPS定位技术。2.2.2 GPS定位系统介绍GPS是英文Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System的字头缩写词NAVSTAR/GPS的简称。它的含义是，利用导航卫星进行测时和测距，以构成全球定位系统。现在国际上己经公认，将这一全球定位系统简称为GPS。1.GPS卫星系统组成GPS系统包括三大部分：空间部分GPS卫星；地面控制部分地面监控系统；用户设备部分GPS信号接收机。三者有各自独立的功能和作用，但又是有机地配合而缺一不可的整体系统。（1）GPS卫星空间部分由24颗GPS卫星组成。目前，有21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星系统。24颗卫星均匀地分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55，各个轨道平面之间相距60。每个轨道平面内每颗卫星(共4颗)之间的升交角距相差90，相邻轨道之间的卫星还要彼此叉开40。GPS卫星的这种分布方式可以保证全球均匀覆盖的要求。在两万公里髙空的GPS卫星，当地球自转一周时，它们绕地球运行二周，即绕地球一周的时间为12小时。位于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同，最少可见到4颗，最多可见到12颗。在用GPS信号导航定位时，为了计算测站的三维坐标和时间信息，必须观测4颗GPS卫星，称为定位卫星。（2）地面监控系统地面监控系统由1个主控站、5个监测站和3个注入站组成。主控站的任务是收集各监控站送来的跟踪数据，计算卫星轨道和钟差参数并发送至各注入站，转发至各卫星。主控站本身还是监控站，另外可诊断卫星的工作状态，进行调度和调整。监控站是装有P码接收机和精密时钟，对所接收到的卫星进行连续的P码伪距跟踪测量，并将每隔1.5s的观测结果，借助电离层和气象数据，采取平滑方法，获得每15min的结果数据，传送到主控站。注入站的主要功能是将主控站发送来的卫星星历和钟差信息，每天一次的注入到卫星上的存储器中。（3）GPS接收机 GPS信号接收机的任务是：捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置、三维速度和时间，只要用户拥有GPS信号接收机，就可以在任何时候用GPS信号进行导航定位测量。 2.GPS定位基本原理GPS定位的方法很多，常见的有伪距定位法、多普勒定位法、载波相位定位法等。后面两种定位方法虽然精度比髙，但是其成本造价要高很多，所以，在导航型GPS接收机中，多采用伪距定位法。 GPS伪距定位的基本定位原理是：卫星不间断的发送自身的星历参数和时间信息，GPS接收机通过接收观测范围内的几个卫星，可以得到几个关于伪距的方程，将这几个方程结合所接受的卫星星历数据，经过处理以及计算，可以求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息。GPS伪距定位原理如图图1 GPS伪距定位原理 接收机时钟偏差是接收机的时间差，对每颗卫星都是相同的，所以可以从下面四个方程中计算出接收机的位置和时钟偏差：其中，、是卫星的已知位置；、是测量的伪距；c是电磁波的速度；、和是GPS接收机时钟偏差项；卫星时钟偏差项可以从广播导航信息（卫星）由接收机计算出。2.3 防盗追踪系统的设计本文研究的汽车防盗追踪系统是一个综合运用嵌入式技术、GPS技术、GSM无线通信技术的平台。系统采用移动电话网做为通信媒体，利用GPS定位技术及电子技术、计算机技术等手段，对被监控的车辆进行全方位的监控和跟踪，并把相应的数据信息通过GSM网络传送到车主手机，并向其发出报警信息，实时以短信息的形式向车主汇报汽车的当前状态，使车主能根据返回的相关信息将丢失的汽车追回。该防盗追踪系统主要由车载终端、无线通信网络和车主组成。图2 防盗追踪系统的系统框架图2.3.1 防盗追踪系统的总体设计 1.车载防盗终端车载防盗终端是本系统的核心，负责接收GPS卫星定位信息并提取所需的信息，采集有关车辆状态信息的数据，并把这些数据通过GSM网络，按照通信协议，把必要的信息通过SMS传送到用户手机。同时，车载防盗终端接收来自用户手机的命令。 2.无线通信网络无线通信网络是连接车载防盗终端与用户的纽带，是组成车载防盗系统的关键。系统不仅要使通讯系统覆盖范围广，而且要保证数据信息传输的准确和实时。该系统采用GSM网络的SMS无线传输方式。 3.用户用户的手机可接收到车载防盗终端发送过来的SMS信息，提示车辆的状态，此时用户可根据实际情况对车辆进行追回。2.3.2 防盗追踪系统的性能要求 （1）实时性作为汽车防盗系统，应该能及时获取车辆状态信息数据，并进行分析处理，当用户需要对该防盗系统进行远程控制时，要求控制命令能及时被系统接收和处理。 （2）可靠性汽车防盗系统要求系统能够长时间可靠稳定的工作。这就要求整个系统的软硬件稳定运行，不能出现硬、软件故障等情况。 （3）实用性作为一个实用的系统，不仅要从技术性能角度考虑，也要从实用角度考虑。方面要求建设资金投入少、运营成本低；另一方面要求整个系统操作简单、维护方便、利于用户使用。 （4）可扩展性可扩展性也是对该系统的一个重要性能要求。系统的软件结构要采用模块化设计方案，强化各个模块之间的接口关系，便于系统的灵活扩展。2.3.3 防盗追踪系统的功能设计要求 主要功能如下： （1）精确定位：防盗系统全天候24小时连续不断的接收GPS卫星的信号，为系统提供车辆的位置和速度，定位精度为10米。 （2）状态检测：采集车辆的状态信息，并把采集的数据发送到用户手机。 （3）控制功能：接收到用户的控制命令后，对车辆执行控制动作。 （4）通信功能：在GSM网络覆盖范围内，车载监控终端可与用户手机进行数据交换。 （5）防盗报警：在用户设置防盗功能后，一旦出现异常情况，用户手机发送报警信息。3. 系统的硬件设计3.1 系统原理框图 根据以上篇章论述的基本方案，可知需要如下功能电路：GPS模块电路、GSM模块电路、8位高速单片机C8051F340和液晶显示电路。下图为系统的硬件结构框架图： （1）需要2个UART串口 （2）GPS定位时要求定位精度10米以内。 （3）要求单片机处理速度较高。 （4）由于整个系统从汽车电瓶取电，要求系统功耗较低。 （5）采用信号灯反映系统状态，需要电源指示灯，GSM搜网指示灯和GPS定位指示灯。 图3 系统的硬件结构图3.2 GSM模块SIM900A简介3.2.1 SIM900A模块的功能结构 SIM900A是SIMCOM公司推出的新一代无线通信GSM模块，可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务和传真。模块的工作电压为3.3-5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz两个频段。SIM900A模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块（ASIC）、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成，如图所示，作为TC35的核心，基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下，可支持FR、HR和EFR语音信道编码。GSM射频部分是一个单片收发器SMARTI，射频天线部分主要实现信号的调制与解调，实现外部射频信号与内部基带处理器之间的信号转换，匹配电源为处理器以及射频部分提供所需的电源，插座是提供给用户的应用接口。GSM模块电源ASIC部分使用线性电压调节器把外部输入的电源电压VBATT+进行稳压处理后供GSM基带处理器和GSM射频部分使用。SRAM用来存储一些用户配置信息、电话本和其它信息。图4 3.2.2 SIM900A芯片的对外接口电路 SIM900A的对外接口包括：RS-232接口、语音接口、控制线接口、SIM卡接口和电源接口。 （1）UATR接口RS-232是美国电子工业协会正式公布的串行总线标准，也是目前最常用的串行接口标准，主要用来实现计算机与计算机之间、计算机与外设之间的数据通讯。RS-232接口采用9位编码格式，其中8个数据位，1个停止位，没有奇偶校验位，因此单片机的串行口一般采用工作方式1，支持的数据速率为115.2K到300Kbps。TC35的数据接口采用标准的DB9接口，通过AT指令可与单片机通信。（2）语音接口SIM900A有两个语音接口，每个接口均有模拟麦克输入和模拟耳机输出。因为语音通讯比较耗电，所以在本设计中没有使用该通讯模块的语音功能。（3）控制线接口控制线接口主要有指示灯、同步信号线、电源控制线等。（4）SIM卡接口SIM（Subscriber Indentity Module）卡即用户识别卡，是全球通数字移动电话的一张个人资料卡。其结构主要包括：微处理器（CPU）、程序存储器（RAM）、数据存储器（EEPROM）以及串行通信单元。SIM卡上的8个触点是它的外部接口，当把它插入时，正是通过这些触点（C1-C8）与设备进行信息交换。SIM卡中存储着几组相当重要的数据，主要包括：ICCID（Integraded Circuit Card Identity）是集成电路卡识别，这是SIM卡处理中心对SIM卡进行数据处理过程中编制的流水号。PIN（Personal Identity Number）是个人识别码，相当于SIM卡的钥匙。 IMSI（Identifier Mobile Subscriber Identity）是国际移动用户识别码，IMSI是全球唯一的。RI（Random Identity）为随机识别码，是SIM卡的鉴权密钥，用于通信系统中的鉴权。（5）电源接口电源接口用于提供通讯模块的工作电压。TC35的工作电压为3.3V-3.5V。系统加电后，为使TC35进入工作状态，必须给加一延时大于100ms的低脉冲，电平下降持续时间不可超过1ms。启动后，应保持高电平（3.3V）。启动时序如图图5 TC35启动时序图3.2.3 SIM900A芯片的外围电路设计SIM900A共有40个引脚，这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。第1-14脚为电源部分，其中1-5为电源电压输入端VBATT+，6-10为GND，11、12为充电引脚，13对外输出电压(供外电路使用），14为ACCU/TEMP接负温度系数的热敏电阻；24-29为SIM卡引脚，分别为CCIN、CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND；33-40为语音接口用来接电话手柄；15、30、31和32脚为控制部分，15为启动线，30为RTC Backup，31为Power down，32为SYNC；16-23位数据输入/输出分别为DSR0、BING0、RXD0、TXD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD。当LED熄灭时，表明TC35处于关闭或睡眠状态；当LED为600ms亮/600ms熄时，表面SIM卡没有插入或TC35正在进行网络登录；当LED为75ms亮/3s熄时，表明TC35已登入网络。3.2.4 SIM900A芯片的初始化监控过程开始时，单片机通过RS-232串行口激活TC35来发送和接收数据短消息，完成与主控端的数据交换。TC35模块的初始化过程是首先用定时器延时约5s，等待TC35模块自检完毕，然后检查是否已插入SIM卡，有SIM卡则继续检査移动运营商，之后再对GSM模块进行初始化，主要的就是用AT指令初始化发送方式和设置短信中心号码。3.3 C8051F340单片机简介C8051F340器件是完全集成的混合信号片上系统MCU芯片。它具有以下一些主要特性： 高速、流水线结构的8051兼容的CIP51内核（可达48MIPS） 全速、非侵入式的在系统调试接口（片内） 通用串行总线（USB）功能控制器，有8个灵活的端点管道，集成收发器和1K FIFO RAM 电源稳压器 真正10位200ksps的单端/差分ADC，带模拟多路器。 片内电压基准和温度传感器 片内电压比较器（2个） 精确校准的12MHZ内部振荡器和4倍时钟乘法器 多达64KB的片内FLASh存储器 多达4352字节片内RAM（256+4KB） 硬件实现的SMBus/IIC、增强型UART（最多2个）和增强型SPI串行接口 4个通用的16位定时器 具有5个捕捉/比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器/定时器阵列（PCA） 片内上电复位、VDD监视器和时钟丢失检测器 多达40个端口I/O（容许5V电压输入）（1）存储器C8051F340单片机拥有256字节内部RAM、4KB的外部RAM和64KB的可在系统编程的FLASh存储器。（2）定时器计数器C8051F340单片机内部有4个16定时器计数器，其中两个与标准8051中的定时器计数器兼容，另外两个是16位自动重装载定时器，可用于ADC、SMBus、USB（帧测量）、低频振荡器（周期测量）、或作为通用定时器使用。这些定时器可以用于测量时间间隔，对外部事件计数或产生周期性的中断请求。定时器0和定时器1几乎完全相同，有四种工作方式。定时器2和定时器3均可以作为一个16位或两个8位自动重装载定时器。（3）输入输出端口（IO）IO使系统与其他设备进行数据交换的接口，C8051F340单片机有40个通用IO或模拟输入端口。设计者可以完全控制数字功能的引脚分配，只受I/O引脚数的限制。这种资源分配的灵活性时通过使用优先交叉开关译码器实现的。交叉开关根据优先权译码表位所选择的内部数字资源分配I/O引脚。寄存器XBR0和XBR1用于选择内部数字功能。（4）中断系统C8051F340单片机包含一个扩展的中断系统，支持14个中断源，每个中断源有两个优先级。如果一个中断源被允许，则需在中断标志置“1”，将产生一个中断。若一个中断源被允许，则在中断标志被置位时产生一个中断。当当前指令执行完，CPU产生一个LACALL到预定地址，开始执行中断服务程序（ISR）。每个ISR必须以RETI指令结束，使程序回到中断前执行的那条指令的下一条指令。如果中断未被允许，中断标志将被硬件忽略，程序继续正常执行。（5）UART0UART0是一个异步、全双工串口，它提供标准8051串行口的方式1和方式3。UART0具有增强的波特率发生器电路，有多个时钟源可用于产生标准波特率。接收数据缓冲机制允许UART0在软件尚未读取前一个字节的情况下开始接收第二个输入数据字节。UART0有两个相关的特殊功能寄存器：串行控制寄存器（SCON0）和串行数据缓冲器（SBUF0）。用同一个SBUF0地址可以访问发送寄存器和接收寄存器。写SBUF0时自动访问发送寄存