单片机控制GSM模块实现短信收发的软件设计

在双方通信过程中，有两个时间t1和t2，分别表示重新发送信息帧的最大延时。t1表示一方发送完信息帧到收到对方应答帧的时间，如果等待应答帧的时间超过了t1，则发方会重新发送原来的信息帧；当收方接收到对方发送的信息帧，如果收方此时有需要发送的信息帧，则收方此记得不发送应答帧，而是发送信息帧给对方。也就是说，利用对方等待收方应答帧的时间t1内，收方插入发送本文的信息帧，同样本方的发送也存在一个延时重发的问题。在规定的时间内，如果没有收到对方应答帧，收方也同样需要重发原来的信息帧，这个规定的时间就是t2。显然由于收方是利用间隙时间发送本方信息帧，所以t2<t1。

图2以下位机模块先发数据帧为例，阐述双方通信的具体实现过程。

需要说明的是，由于版面的限制，图2所示的通信过程没有涉及到发送非确认帧的情况，如果收方发送非常认帧，发方的发送过程跟发送数据帧是一样的，只不过这种情况下需要重发同一帧号的数据帧。如果上位机模块先发命令帧，双方通信的实现过程跟图2类似，所不同的是数据帧此时变成命令帧，命令帧变成数据帧。在延时的时间上，无论是下位机发送数据帧还是上位机发送命令帧，t2的大小都应该是一样的，都是利用时间间隔t2发送收方信息帧，延时的时间是相同的。然而，对于t1而方，情况就有所不同。因为下位机模块先发送数据帧时，利用t1的间隔时间上位机模块发送的命令帧可靠较少，因此当下位机模块先发送数据帧时所定义的t1应该小于当上位机模块先发送命令帧时，所定义的t1。这是因为当上位机模块先发送命令帧时，利用t1的间隔时间下位机模块发送的数据帧可能比较多。

3.2 帧格式

GSM模块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指令的Text Mode；基于AT指令PDU Mode。本系统发送和接收的数据都是基于数字的温度数据和命令字，为了保证系统的适用性，SMS的收发采用TEXT模式。TEXT模式是基于字符的，更具体地说是基于ASCII码的一种结构模式。在该模式下，模块发送和接收的信息帧格式如下：

信息帧包括数据帧和命令帧。

帧头表示数据帧的标记，是由固定的字符“WQ”构成。

帧序号表示数据帧的序号，由两个字节组成。帧序号表示下位机模块发送的递增数据帧序号和上位机模块发送的命令帧序号。为了简化帧结构，命令帧的序号统一为00H。

数据字段的长度为154字节，最多发送77个字符（采用TEXT模式，不能发送汉字）。

检验子为数据字段所有字节累加和的初码（原码取反加1），由一个字节组成。

除了信息帧外，双向传递的还有应答帧，它包括确认帧和非确认帧。确认帧是双方反馈给发方的应答帧，表示收方已经正确接收到了发方发送的信息帧。确认帧格式仅包括两个字段，且两个字段的内容都是固定的，即帧头“WQ”和数据字段“ACK”，确认帧格式如下。

非确认帧是收方给发方的应答帧，表示收方收到的是无效的信息帧，其格式与应答帧格式类似，帧格式如下。

3.3 E2PROM空间的分配

采用8KB的E2PROM，按照每77个字节为一个块进行划分，共106块，如图3所示。

第00、01块留作系统使用，第02块～第105块是数据块，用作存放数据。

3．4 收发端与采集端的握手协议

收发端与采集端共用一个存储器，即双CPU对同一个E2PROM进行操作。实现方案是分别使两个微处理器的一个I/O脚相连，两个CPU采用查询方式对此I/O端进行查询。如果某时候收发端查询到本地I/O端为高电平，则单片机1拥有此存储器的操作权，可以对E2PROM进行读写操作。如果采集端查询到本地I/O端为高电平，则单片机2拥有此存储器的操作权，可以对它进行写操作。一方操作完毕后将I2C总线置为高电平，表明本端已经释放I2C总线，E2PROM目前处于可用状态。

3.5 程序的设计

3．5．1 主函数的设计思路

开机上电后，程序在主函数中运行，单片机和GSM模块分别进行初始化。单片机的初始化包括设置串口工作方式、波特率，并初始化变量参数和标志位。GSM模块初始化包括重新启动、关闭回显、设置在TEXT模式下的返回值中不显示详细的头信息、选择短信格式为TEXT模式、开发串口中断准备接收数据。

3．5．2 GSM返回参数的处理—SHELL函数

SHELL函数是进入时钟中断程序时被调用时，该函数是对GSM模块返回参数进行处理的函数。根据系统设计的要求，需要对GSM模块进行下列操作：呼叫对方模块号码、发送数据、阅读短信、删除短信。基于以上操作指令，如果操作成功GSM模块会分别返回不同的参数：>、+CMGS、+CMGR、OK。根据接收到的不同参数，下位机模块将转向不同的操作步骤，判断并改变标志位的值。比如，如果某时刻接收到>，这表明呼叫对方模块号码获得成功，接下来需要发送数据。这时SHELL函数将检查发送不同数据所代表的标志位f_sending、f_ack、f_nack，从而决定需要发送何种类型的数据。
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    3.5.3 短信数据的处理—ExecData函数

进入时钟中断调用SHELL函数时，如果接收到了返回的参数+CMTI，表明上位机模块向下位机模块发送了短信数据，可能是命令帧，也可能是确认帧或者非确认帧。在这种情况下，SHELL函数需要对短信内容进行分析，并根据短信的内容进行不同的处理，负责完成以上功能的就是ExecData函数，它是被SHELL函数调用的，用来分析并处理短信数据。

结语

通过以上的分析不难发现，整个程序错综复杂，函数之间相互牵扯。标志位在程序的实现过程中扮演着非常重要的角色，正是依靠这些标志位，程序才能很好地实现各个功能之间的切换，而标志位的值是通过OSM模块返回的参数修改的。因此程序的实现过程应该是阅读参数→修改标志位→发送指令。

主函数、时钟中断和串口中断程序、SHELL函数、ExecData函数贯穿整个程序的主线和核心部分，对它们的分析可以理解程序的主体思想，这也正是笔者着重介绍的原因所在。然而这些函数和中断程序的实现，还需要依靠其它函数的配合，比如基于I2C总线的E2PROM操作函数、字符串操作函数以及串口发送函数等，由于篇幅所限，在此不再介绍。GSM网络本身是不完全可靠的，可能会发生帧发送错误、帧丢失的现象。但是由于重发、延时重发机制的存在，程序可以最大程度避免上述情况的发生。在实际应用过程中，模块运行正常，性能稳定，实时性好。