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GSM短消息无线传输的研究

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(53页、20457字+图+程序)摘要:本文提出了利用现有GSM(Global System of Mobile Communication)网络的短消息业务实现远程通信的种种优势,并将这种方式应用于远程检测系统。整个系统以GSM网络作为远程信号的传输平台,对数据进行远程传输,数据的传输方式主要采用短消息方式和PDU编码模式。文中对GSM系统的组成和结构进行了详细的介绍,分析了基于GSM网络的数据传输方式的原理和一些基本特性,并对GSM的主要AT指令和PDU编码方式进行了研究。在此基础上,对TC35i模块和MSP430F149单片机及其外围电路设计进行了论述,进而完成了数据传输的硬件部分电路设计;并且运用IAR公司为MSP430系列单片机开发的C430集成开发环境和C语言调试器作为程序开发工具,实现数据的远程无线传输,给出了整个系统的软件流程图和部分子程序流程图。最后提出了系统尚需解决的一些问题,并给出了一些可能解决这些问题的方法。

关键词:GSM;短消息;PDU模式;AT指令;MSP430单片机

 

 
Study in Wireless Communication System of GSM SMS

Abstract:This paper presents variety advantages in long-distance communication by using short message service of GSM (Global System of Mobile Communication) network and applies this technique in remote monitoring system. In this system, GSM network is a medium for transmitting data whose mode is most SMS (Short Message Service) and PDU mode. First, the paper presents the constitution and structure of GSM, and analyses the principle of data transmitting mode based on GSM network. It presents the main AT command and PDU mode. In this paper, TC35i, microchip MSP430F149 MCU and peripheral circuit are introduced, and then the design of transmission circuit board is completed. Using C-language debugger and C430 integration developing environment that IAR designed for MSP430 single chip, the long-distance data communication is accomplished, and both the main program and the transmitting subprogram flow sheets are provided also. At last, some problems which are need to solve and corresponding suggestion are presented.

Key words:  GSM,  SMS,  PDU mode,  AT command,  MSP430 MCU

 

 
目    录

第1章  绪  论 1
1.1  课题背景 1
1.2  国内外研究发展现状 1
1.3  课题研究的发展前景 2
1.4  课题的主要工作和论文结构安排 3
第2章  GSM网络基础知识及SMS通信原理 4
2.1  GSM网络体系结构 4
2.2  GSM短消息概述 5
2.3  GSM短消息的优点 6
2.4  GSM短消息数据通信原理 7
2.5  本章小结 7
第3章  系统硬件设计 8
3.1  系统方案的选择 8
3.2  系统总体结构设计 8
3.3  单片机MSP430F149结构概述及其外围电路设计 9
3.3.1  单片机MSP430F149结构概述 9
3.3.2  单片机MSP430F149的外围电路设计 10
3.4  西门子TC35I模块介绍及其外围电路设计 12
3.4.1  西门子TC35i模块介绍 12
3.4.2  西门子TC35i外围电路设计 13
3.5  电源电路 15
3.6  串行通信 16
3.6.1  串行通信概述 16
3.6.2  串行通信接口RS-232 17
3.6.3  串口通信电路 18
3.7  本章小结 19
第4章  系统软件设计 21
4.1  系统软件设计基础 21
4.1.1  AT指令介绍 21
4.1.2  短消息的编码方式 22
4.2  系统软件设计 24
4.2.1  主处理程序 24
4.2.2  发送短消息程序 26
4.3  本章小结 27
第5章  系统调试 28
5.1  系统硬件调试 28
5.2  系统软件调试 28
5.3  系统整体调试 29
5.4  本章小结 31
结论 32
致谢 33
参考文献 34
附录1 36
附录2 42
附录3 48

 


 
第1章  绪  论
1.1  课题背景
21世纪移动通信技术迅猛发展,移动通信网络遍布全球的各个角落,利用移动通信技术实现远程控制已经有着越来越广阔的理论和实践方面的研究价值,目前远程监测系统已经得到了广泛的应用,遍及国民经济的很多领域,诸如石油开采中抽油井各种参数的远程监控,化工厂周围空气质量的远程监控等等。远程监控在人们的生产生活中发挥了越来越重要的作用。与此同时,随着人们生活水平的提高,人们对于提高健康水平的要求也日益迫切,远程医疗也从人们的想象渐渐变成了现实。
如今许多突发性疾病具有较大的危害性,病症的表现具有很强的随机性,抢救的时效性要求高,为了应对这些情况,医疗监护仪必须跟上人们的需求。利用现有的GSM网络,将GSM短消息业务及时可靠的优势运用于生理参数监护仪上,实现基于GSM无线网络的远程医疗,可实时有效的将患者的生理参数发送至监护中心或医护人员的手机,与其他远程医疗相比具有更大的优势和更广阔的前景。
如能成功地将GSM短消息运用于生理参数监护仪,就能监测并及时正确地纪录生理参数,为临床诊断、及时治疗及护理提供了第一手资料和依据,也无须医生和患者来回奔波,使医务人员及时掌握病情,对进一步的医疗处理争取了更多的时间,意义十分重大。随着移动数字通信技术的发展和完善,基于GSM无线网络的远程医疗必将成为医疗发展的一个必然趋势,在人们的日常生活中起着举足轻重的作用。
1.2  国内外研究发展现状
目前,远程医疗是近几年来国内外医疗领域内一个重要研究方向。远程医疗监控系统最初是在军事中运用,用于监测军人的身体状况,国外早已对这方面进行了研究。它采用远程通信技术为远地对象提供医疗监控服务的系统,借助远程通信技术和信息处理技术来实现。数字蜂窝网和远程医疗的结合是创建移动高效医疗系统的转折点,移动医疗系统在改善护理质量方面是一个强有力的工具。希腊研究出一种安装于救护车的监护系统,通过GSM网络与医院的监护中心取得联系,可随时监测患者生理参数,及时获得医生指导,争取抢救时间。2006年,瑞典移动设备生产厂商爱立信成功研制出无线网络患者医疗监视系统,并成功进行了临床测试,该系统使患者全身在各类仪器的严密监控下,脉搏、呼吸频率、血液中氧的饱和度、肌肉活性、心电图数值以及呼出气体中二氧化碳的含量等数据不断测出,通过单片机对各种数据进行采集,利用GSM模块通过移动通信网络将这些数据发送到医护人员的手机或者监护电脑[1]。
国内对远程医疗研究起步比较晚,但随着通讯技术的不断发展和人们对自身健康的要求,国内的各大研究院校已经将远程医疗监控作为主要发展课题。此外,我国有关远程医疗方面的研究大多是利计算机网络、无线局域网传用输医学图像或利用计算机网络进行远程会诊。
1.3  课题研究的发展前景
近几年,随着我国国民收入的增长,随着以汽车和住房为代表的消费品市场的火爆,标志着我国国民的消费水平进入了一个新的阶段。在此阶段,作为医疗器械重要成员的人体生理参数检测仪器已成为市场消费的热点之一,深受消费者的喜爱。
医疗器械行业是知识密集、资金密集、多学科交叉、竞争挑战激烈的高科技产业,它是一个国家制造业和高科技尖端水平的标志之一。21世纪初是世界生物医学工程技术和医疗器械产业发展的关键时期,在此期间创新能力将是医疗器械产业技术水平的表征。
由于我国具有庞大的消费群体和政府的积极支持,我国医疗器械市场发展空间广阔。医疗器械是壁垒较高的行业,并且属于国家重点鼓励发展的行业。近年虽然全球整体经济不景气,但医疗器械行业仍然保持较高的增长速度。美国宏观经济几乎停滞,但医疗器械的增长率一直保持在9%左右。我国医疗器械产业近年一直保持在15%左右的高速增长。2003年上半年的一场“非典”疫情,尽管给整个社会的经济和生活带来了极大冲击,但对于医疗器械行业却似乎是一个难得的良机,很多与“非典”相关的医疗器械出现供不应求的场面。随着我国宏观经济将进入另一个稳定增长周期,今后几年中国市场对医疗器械的需求将一直保持强劲势头。我国已成为世界上最大常规医疗器械市场,且对高技术医疗设备的需求也有巨大的潜力,我国一批高技术医疗设备企业开始成长起来,但跨国公司对中国市场的渗透也是有增无减。随着经济增长、科技进步、人民物质生活改善,卫生健康事业迅速发展,人们对医疗保健的需求大大提高,“入世”给中国医疗器械产业带来“挑战”的同时也带来了空前的机遇,医疗器械产业已经作为一个新的经济增长点展现在我们的面前。
与此同时,远程医疗是现代医学领域的一大突破,是通讯科技与医疗技术结合的产物,它通常包括:远程诊断、信息服务、在线检查等几个主要部分,它以计算机和网络通信为基础。远程医疗监控在医学专家和病人之间建立起全新的联系,使病人在原地、原医院即可接受远程专家的治疗与护理,从而节约病人大量的时间和金钱,在一定程度可以减少了病人的支出[2]。人民群众的生活水平也越来越高,对自我保健提出了更高的要求,而医疗资源的有限性使得建立远程医疗监控系统成为下一阶段医疗系统发展的必然趋势。
1.4  课题的主要工作和论文结构安排
本课题主要设计一种基于GSM网络的远程无线数据传输系统,并将该系统用于生理参数的远程无线监测系统中,将监测到的生理参数传输到远程监控中心,实现生理参数的远程实时监控。
课题工作的主要内容包含以下几个方面:
(1)通过查阅相关文献资料,了解远程监护在医疗保健上的重要意义,并吸收国内外在此课题己经取得的研究经验成果。
(2)了解TI公司的MSP430F149单片机工作原理及其外围电路设计,了解西门子公司GSM模块TC35i的工作方式,学习常见的AT指令和短消息编码。
(3)根据第三方的集成开发环境IAR EW430嵌入式工作台,采用C430语言进行系统的软件设计。
论文结构安排:
第一章为绪论,主要介绍了课题的背景,远程医疗监测的国内外发展现状及前景,以及本课题的主要完成工作内容。
第二章为GSM网络基础知识及SMS通信原理,主要介绍GSM网络的体系结构并详细讲述整个体系结构的四大子系统即移动台、基站子系统、网络和交换子系统、运行子系统,另外还将详细介绍GSM短消息数据通信原理。
第三章为系统的硬件设计部分。通过MSP430单片机对TC35i模块进行控制,运用GSM模块将单片机内存储的数据发送出去,在接受端利用单片机将接收到的短消息格式的数据还原传输前的格式,并在计算机上显示,从而实现收、发装置之间的远距离数据传输。
第四章为系统的软件设计部分。首先讲述对于本系统很重要的软件设计基础——常见 AT 指令及使用方法和短消息的编码方式。以及相关的主处理程序和短消息发送子程序。

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