suizhewangluohexiandaitongxinjishudebuduanfazhan，yuanchengwuxiantongxinjishujingguoduoniandeyanjiuyushijiyingyong，xianrujinzaigongyekongzhilingyuyoulefeichangzhongyaodediwei，bingqiefahuizheyuelaiyuedadezuoyong。wenzhonggenjuchangjiadeyaoqiu，shejidewuxiantongxinmokuai，zhuyaoshixianleduanxinyushujushoufagongneng，bingqiezuodaolemokuaidewending，diaoxianzhihounenggouzidongzhonglian。

 

1
、無線通信模塊整體設計方案

 

模塊主要有電源部分
、主控部分、通信部分、數據傳輸部分4個部分組成。通信模塊采用SIM900A進行無線通信。主控模塊采用STM32作zuo為wei主zhu控kong芯xin片pian，來lai控kong製zhi短duan信xin的de收shou發fa與yu數shu據ju傳chuan輸shu的de順shun利li進jin行xing。遠yuan程cheng終zhong端duan可ke以yi是shi手shou機ji或huo者zhe上shang位wei機ji的de數shu據ju中zhong心xin軟ruan件jian，經jing過guo處chu理li之zhi後hou
，儲chu存cun下xia來lai，方fang便bian日ri後hou的de查zha詢xun。本ben模mo塊kuai具ju有you低di功gong耗hao
，方fang便bian靈ling活huo，操cao作zuo簡jian單dan並bing且qie穩wen定ding，掉diao線xian之zhi後hou可ke以yi自zi動dong連lian接jie，運yun行xing過guo程cheng十shi分fen穩wen定ding，並bing且qie成cheng本ben較jiao低di。

 

2、無線通信模塊硬件設計

 

2.1 功能需求

 

本文設計的無線通信模塊，要求單12Vdianyuanshuru，mokuaishangdianyunxinghouyouxiangyingdezhishidenglaizhishimokuaideyunxingzhuangtai。lingwaiyaoqiumokuainenggoushixianduanxinyijishujutouchuanliangdazhuyaogongneng，zaishoujifasongduanxingeimokuaizhihou，mokuainenggoudongzuo
，binggeichuhuiying。zuihouyaoqiuzaijianliTCP鏈接時
，仍然能夠收發短信。

 

圖1 無線通信模塊結構圖

 

2.2 電源部分

 

在主電路中，主控芯片STM32的工作電壓為2.0～3.6 V
，通信芯片SIM900A的工作電壓為3.1～4.6 V，為使模塊各個部分正常工作
，必須對兩者進行分別供電，電源供電電路如下：

 

圖中V12外接12 V電源，經過電容濾波後輸入到LM2576，實現12 V到4 V的轉換，R1、R2在線路中起到分壓作用，D2燈亮起時，表示模塊已經正常供電。LM2576是美國國家半導體公司生產的3 A電流輸出降壓開關型集成穩壓電路
，具有完善的保護電路

，比較穩定。

 

圖2 電源模塊

 

2.3 主控芯片

 

主控模塊采用STM32單片機作為微控製器，該芯片能工作於-40～105℃的溫度範圍，MAX3232芯片用於串行口的電平變換
，實現控製器與通信接口之間的通信。串口1與電源電平轉換芯片Max3223相連，USART1_TX(輸出
，所以在配置GPIO時
，定義該口的模式為推拉輸出
，USART1_ RX為輸入，定義為懸浮輸入模式。串口2與SN65LBC184D通信，實現數據的收發，USART2_RTS、USART2_RX為輸入端口
，模式定義為懸浮輸入模式
，USART2_CTS、USART2_TX為輸出端口
，模式定義為推拉輸出。串口3用來控製SIM900A芯片，USART3_RTS、USART3_RX為輸入端口，模式定義為懸浮輸入
，USART3_CTS、USART3_TX為輸出端口，模式定義為推拉輸出。

 

圖3 主控芯片STM32

 

2.4 通信芯片

 

通信芯片采用SIMCom公司的新型緊湊型產品SIM900A，它屬於雙頻GSM/GPRS模塊
，完全采用SMT封裝形式，性能穩定，外觀精巧，性價比高，並且能夠滿足用戶的多種需求。在實現斷線自動重連功能時，涉及到DCD、RI兩個引腳的使用。DCD引腳用來實現模數轉換，當模塊掉線時
，會給DCD引腳一個高電平，當這個電平被DCD引腳檢測到之後，模塊就是采取相應的動作，來重新連接上線。RI引腳在模塊上線之後，就一直保持高電平
，在有電話和短信進來的時候，RI管腳就會有一個低電平出現

，當RI引腳檢測到這個低電平的時候
，模塊就會采取相應動作，進入到短信或者電話模式。

 

圖4 SIM900A通信芯片

 

3 、無線通信模塊軟件設計

 

3.1 STM32的底層配置

 

為了實現STM32單片機與SIM900A模(mo)塊(kuai)之(zhi)間(jian)的(de)數(shu)據(ju)通(tong)信(xin)
，實(shi)現(xian)短(duan)信(xin)收(shou)發(fa)與(yu)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)兩(liang)大(da)功(gong)能(neng)。首(shou)先(xian)要(yao)搭(da)建(jian)開(kai)發(fa)平(ping)台(tai)，在(zai)工(gong)程(cheng)中(zhong)加(jia)入(ru)需(xu)要(yao)用(yong)到(dao)的(de)庫(ku)函(han)數(shu)以(yi)及(ji)配(pei)置(zhi)文(wen)件(jian)，然(ran)後(hou)配(pei)置(zhi)係(xi)統(tong)時(shi)鍾(zhong)、中斷控製器、輸入輸出的GPIO以(yi)及(ji)相(xiang)應(ying)的(de)串(chuan)口(kou)。在(zai)配(pei)置(zhi)這(zhe)些(xie)參(can)數(shu)的(de)時(shi)候(hou)


，首(shou)先(xian)需(xu)要(yao)對(dui)照(zhao)原(yuan)理(li)圖(tu)進(jin)行(xing)編(bian)寫(xie)
，然(ran)後(hou)查(zha)看(kan)芯(xin)片(pian)用(yong)到(dao)哪(na)些(xie)端(duan)口(kou)和(he)這(zhe)些(xie)端(duan)口(kou)的(de)作(zuo)用(yong)，這(zhe)樣(yang)才(cai)能(neng)保(bao)證(zheng)無(wu)誤(wu)。接(jie)下(xia)來(lai)就(jiu)要(yao)對(dui)各(ge)個(ge)部(bu)分(fen)進(jin)行(xing)配(pei)置(zhi)，以(yi)保(bao)證(zheng)模(mo)塊(kuai)能(neng)夠(gou)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)。

 

3.1.1 串口配置

 

開發環境搭建好之後
，就可以配置端口參數了。對於本模塊，設置USART傳輸的比特率為9 600 b/s，字長為8 bit,1bit停止位
，無檢驗模式。在對串口1
、2、3初始化之後，打開串口的中斷響應函數：USART_ITConfig（USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE）（以串口1為例），使能相應的串口：USART_Cmd（USART1,ENABLE），這樣串口的配置就基本完成了。

 

3.1.2 中斷控製器的配置

 

首先配置優先級分組，設置先占優先級1位
，從優先級3位。本模塊定義了5個全局中斷，分別為：兩個RTC全局中斷
、USART1全局中斷、USART2全局中斷、USART3全局中斷，分別對每一個中斷配置優先級，使能串口再初始化即可。需要注意的是
，PC15管腳作為EXTI15的(de)外(wai)部(bu)中(zhong)斷(duan)輸(shu)入(ru)管(guan)腳(jiao)，當(dang)該(gai)管(guan)腳(jiao)的(de)電(dian)平(ping)為(wei)低(di)電(dian)平(ping)的(de)時(shi)候(hou)觸(chu)發(fa)，模(mo)塊(kuai)進(jin)入(ru)短(duan)信(xin)模(mo)式(shi)，因(yin)此(ci)給(gei)這(zhe)個(ge)中(zhong)斷(duan)一(yi)個(ge)比(bi)較(jiao)高(gao)的(de)優(you)先(xian)級(ji)，所(suo)以(yi)定(ding)義(yi)該(gai)中(zhong)斷(duan)先(xian)占(zhan)優(you)先(xian)級(ji)1位，從優先級0位。在設置優先級的時候

，必須根據模塊的運行情況，選擇最優的中斷分組和優先級

，才能保證程序運行時
，能夠快速的響應中斷。

 

3.2 無線通信模塊短信功能的實現

 

1） 短信收發具體過程

 

短信功能的實現主要涉及到兩個關鍵部分
，一個是AT命令
，另一個是串口的讀寫。AT命令是主控芯片STM32和SIM900A之間的通信協議
，完成對SIM900A的控製。短信的收發主要有兩種模式，一種是文本模式，該模式隻支持英文內容
，另一種是PDU模式。本模塊在完成初始化之後，首先通過USART向SIM900A發送“AT+回車”命令來檢查AT命令是否正常工作，如果返回OK
，則表示能夠進行接下來的短信功能。

 

SIM900A的短信功能主要分為兩個部分，第一：讀取短消息。讀取短消息的設置命令為：AT+CMGR,該命令生效後有兩個返回值：index和mode，index就是接收到的短信的編號，我們將接收到的index內容放在一個長度為30的buf中
，再將buf寫入到串口3中
，然後再讀取串口3中的內容，這樣，短信的編號就獲取完畢。獲取了短信的編號之後
，就能去獲取短信的具體內容，而短信的內容則存放在alpha中
，它處於響應的第三個位置
，通過get_fw（at_string,phnum,19,2）可將短信的內容取出來，這樣短信的內容就獲取到了。第二：發送短消息。發送短消息的設置命令為：AT+CMGS
，首先將發送短信的電話號碼存入到一個buf中，將這個buf寫入到串口3中，以此獲取手機號碼。而短信在發送的時候，短信內容之前會帶一個“>”號
，在程序設計時，隻要檢測到“>”號時
，後麵的內容也就是短信發送的內容
，最後將短信的內容寫到串口3即可。

 

2）相應的AT命令

 

 

3.3 短信命令的定義

 

本模塊自定義了許多短消息命令來設置或者查詢模塊的參數
，具體為：SIP:IP地址設置命令、SPT:端口號設置命令、DID:ID號設置命令、ACON:自動連接命令、PRT:打印命令、LIVE:心跳操作命令、CSQ:信號強度查詢命令。這些指令通過短信的方式來實現對模塊的操作。

拿SIP來舉例，它的實現過程為：首先把短信中的‘=’之前的字符取出來存放在sms_cmd中，然後將sms_cmd與SIP、SIT、DID、ACON、PRT、LIVE、CSQ來比較，如果等於其中一個，則程序跳轉到相應的部分來執行相應的操作。這裏，strcmp（sms_cmd,“SIP”）==0,程序跳轉到SIP部分來執行IP部分的操作。然後，將‘=’之後的字符取出來存放在sms_para中。通過字符串比較函數來判斷它是‘?’還是數字。如果是‘?''''，則表示該短信命令是一個查詢命令
，就隻需要用輸出顯示IP號給用戶看。如果是數字，則表示該短信命令是一個設置命令
，就需要重新設置某些參數值，來改變模塊的運行過程。對於SIP，如果''''=’之後是數字，就表示該短信是用戶用來設置模塊的IP地址的。此時，就要把當前的IP值賦給模塊的IP值就可以了。最後輸出顯示IP地址設置成功
，則SPT部分的操作就完成了。

 

4、 無線通信模塊數據傳輸的實現

 

4.1 數據格式的定義

 

數據包的具體格式如下：

 

數據包頭已經定義為S_PACKET_HEADER結構類型，link_id為DWORD類型，對於發送

，填寫目標link_id，對於接收到的數據包，則為源link_id（由服務器自動轉換填寫），結束標誌為0x01
，數據Data則根據具體的命令而各不相同。

 

 

4.2 登陸、退出的協議過程

 

後台軟件根據指定的服務器地址和端口號發起TCP連接請求，連接成功後開始命令交互。工作過程描述如下：

 

1)後台軟件首先采用CMD_LOGIN命令，登陸到通信服務器，在登陸成功之前，發送其他任何命令服務器都不處理。發送CMD_LOGIN：FORWARD給服務器
，攜帶數據為S_TERMINAL。該命令的目標link_id設為0
，表示發送給服務器，而不是給其他終端。

 

2)服務器在CMD_LOGIN：RESPONSE_OK中將其他在線模塊的信息發送過來，從而在客戶端應用程序形成在線模塊列表。後台若收到CMD_LO GIN：;RESPONSE_FAILED回應，則失敗。收到CMD_LOGIN：RESPONSE_OK回應

，則成功，攜帶數據為S_TERMINAL。

 

3)後台軟件定時發送CMD_KEEP_LIVE命令，以維持鏈路不被網絡和服務器終止。每個在線設備必須在一定的時間間隔內向服務器發送CMD_ KEEP_LIVE信息。服務器將對此作檢查，若某設備在一定的時間間隔內沒有發送CMD_KEEP_LIVE信息，則認為該設備已經“死亡”，服務器將斷開其連接。

 

4)後台軟件可對模塊列表中的任意模塊進行操控。

 

5)後台軟件退出時
，用戶設備應首先發送CMD_LOGOFF命令到服務器，告訴服務器“我要退出”
，該命令的目標link_id設為0。在發送CMD _LOGOFF：FORWARD給服務器時，不需要攜帶數據。

 

圖5 登陸，推出的協議過程

 

4.3 數據傳輸具體過程

 

首先要定義建立TCP連接與關閉TCP連接的函數
，涉及到的AT指令為AT+CIPSTART和AT+CIPCLOSE。建立TCP連接時，先把AT+CIPSTART指令寫到串口3中，然後該指令生效後
，會返回一個“CONNECT”，之後隻要檢測到有返回值“CONNECT”
，就表示TCP連接已經建立成功。關閉TCP連接與建立TCP連接類似
，AT+CIPCLOSE指令生效後會返回一個“CLOSE OK”，隻要檢測到“CLOSE OK”，就表示TCP連接已經關閉。

 

TCP連接建立好以後，透傳模式就已經被開啟，此時就可以實現數據的發送與讀取。

 

當用戶要發送數據時，就必須根據數據包的結構來發送數據
，首先把包頭寫入到串口3中，如果有數據，則把數據內容和接收對象一並寫入到串口3中，這樣數據的發送就完成了。

 

讀取數據時，隻要有數據過來，就一次一個字節

，把數據存放到user_string[i]中，然後i++

，再次接收數據。

 

至於數據讀取到什麼時候結束，本程序定義了3種結束的情況：1)如果用戶定義了數據的長度

，就讀取到最後一個字節才結束。2)如果用戶沒有定義數據的長度
，就在讀取到回車符的時候結束。3)如果遇到既沒有已定義的數據包長度
，又沒有讀取到回車符的情況時
，就在數據存放的長度超過user_string[i]總長度的四分之三的時候結束，或者在超過100毫秒沒有數據發過來的時候結束數據的讀取。

 

4.4 相應的AT命令

 

 

5 
、斷線重連的處理

 

5.1 TCP鏈接的關閉和建立

 

TCP鏈接的建立涉及到的AT命令是at+cipstart，該指令有兩個返回值，分別是模塊的IP地址和端口號。首先將at+cipstart指令返回的當前模塊的IP地址和端口號存放到一個buf中，然後將這個buf寫入到串口3中，如果之後能夠讀取到返回值“CONNECT”

，就表示TCP鏈接已經建立好。

 

TCP鏈接的關閉涉及到的AT命令是at+cipclose，該指令沒有返回值，可以直接將該指令寫到串口3中，如果檢測到“CLOSE OK”，就表示TCP鏈接已經被關閉。

 

5.2 DCD的檢測

 

當TCP建立起來之後


，DCD引腳的電壓值便由高電平變為低電平，因此DCD引腳的電平狀態可以用過來指示TCP的連接情況。在程序中，本文設置時鍾在檢測DCD引腳的狀態值，當該引腳的電平值由高電平變為低電平時

，就表示模塊模塊已經掉線，然後模塊就重新開始登陸
，直到登陸上為止。

 

5.3 TCP鏈接下的短信收發

 

本文定義了一個全局中斷

，當有短信或者電話到達模塊時，RI引腳的電平便會由高電平變為低電平，此時便會觸發全局中斷，模塊立即轉而處理短信收發或者數據傳輸。

 

6
、 測試效果

 

本模塊在設計完成之後，在實驗室穩定運行了2zhoushijian
，meiyouchuxianshenmewenti。ranhouyoujinxingleteshuqingkuangdeceshi，zaimokuaiduandianhouhuifugongdian，shujuzhongxinduandianhouzhongxinshangdiandeqingkuangxia，dounenggouzhongxinlianjieshangxian，bingqienenggoujixuwendingyunxing。suihoumokuaiyoubeisongdaochangfangshiyong，zaibeishiyongle3周之後，廠方反應模塊運行情況良好
，沒有掉線的情況。

 

7 、結論

 

本文設計的無線通信模塊，是利用STM32來控製SIM900Axinpian
，laishixianduanxiaoxideshoufayushujudewuxianchuanshu。benshejiwanchenglewuxiantongxindeyingjianbufenheruanjianbufendeshejiyushixian。zaiduociyunxingshiyanshi，benmokuaimeiyouchuxiandiaoxianyijifaredengwenti
，feichangwending。bencishejichengbenjiaodi
，yunxingwendingkekao
，yingyongfanweishifenguangfan
，liyongSIM900A，降低了模塊的成本，使其更加具有商業價值。
 

(作者：霍濤,賈振堂,上海電力學院電子與信息工程)

 

 

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