利用GSM短信实现实时数据通信

利用GSM短信进行远程数据传输，在有些场合是一种比较好的选择。很多文献里都介绍了有关GSM模块的功能、使用，以及AT命令等，但实际应用中还有许多技术细节必须考虑。另外通信是在复杂的环境里进行的，GSM模块除了收到本系统内部有效的命令、数据外，还会收到一些其他信息、数据，如广告短信、移动公司的各种通知等。它们会从以下两个方面影响数据的正常传输。一方面，由于这些短信的长度、出现的时间及次数都是随机的，为保证系统的正常工作必须将接收缓冲区设置得较大，否则可能会造成缓冲区的溢出而引起系统崩溃；但一般受系统中使用的MCU资源的限制，缓冲区不可能设置得过大。另一方面，由于这些短信的频繁出现，信箱很快会被塞满，如不及时删除势必影响系统正常的数据传输。本文以Motoro1a公司的G20模块为例，就实现的细节和上述问题的解决作一介绍，但对GSM模块与MCU之间的具体硬件连接、AT命令及短信的格式等不再赘述。

1 GSM模块软硬件接口的几个问题
    GSM模块一般带有标准的异步串行接口，MCU通过该串行接口向GSM模块发送命令和数据，也通过它接收GSM模块的信息和数据。

    GSM模块上电后首先要进行初始化。一般来说，MCU首先可向它发送一AT命令“ATEO”，以消除“回显”，尽量减少MCU串行口接收到的字符；然后发送AT命令“CNMI”，将GSM模块设置为“主动通知模式”。这样当GSM模块收到短信后便会主动地向串口发送信息“CMTI”通知MCU，表示有新的短信到达。另外，还要检查信箱中是否存放有短信。若有，则将其一一读出，然后逐一删除，以保持信箱中为空。

    GSM模块开始工作后，每当收到短信时便会主动通过串口向MCU发送信息“CMTI”，MCU接收到此信息后发出AT命令“CMGR”读取短信，GSM模块即将该短信通过串行口发送给MCU，由MCU判断该短信是本系统内的正常数据，还是广告或其他信息。如果是本系统内的正常数据，则提取该短信中的数据，同时发出AT命令“CGMD”以删除该短信；如果不是正常数据，则直接删除该短信。MCU发送短信的过程如下：首先，MCU发送AT命令“CMGS”；然后，等待GSM模块的允许发送短信的响应信息“>”，MCU收到响应信息后即可发送数据，GSM模块将数据以短信形式发送；最后，GSM模块通过串行口向MCU发出短信发送成功与否的信息。上述过程如图1所示。从GSM模块中读出的信息除短信本身外，还包括一些其他信息，如SIM卡号、日期时间、各种间隔／结束字符等。在此过程中MCU的串行口会频繁地收到大量数据，因此必须要为串口设置足够的接收缓冲区。但由于MCU内RAM资源有限，为有效地使用资源，可将接收缓冲区设置为环形，缓冲区的大小应保证能够容纳一条最长的短信，再加上其他附加信息的长度。至于发送缓冲区，直接设定为合适大小即可。

2 具体实现
    在MCU与GSM模块通过串行口交换数据的过程中，一般串行口可用中断方式。MCU发送数据的情况较简单，故这里的重点是MCU串行口的接收。如前所述，接收缓冲区应设置为环形，由于MCU的存储器实际上是线性结构，因此环形缓冲区是通过指针操作实现的。

    初始化时使输入／输出指针(datain／dataout)同时指向开始位置，此时缓冲区为“空”。串口接收程序CommIsr()每向缓冲区中放入1个宁符后，使输入指针向后移动1位；移动到最右边时，指针应循环移动到缓冲器的左边；当输入指针移动到输出指针右边l位时，缓冲区为“满”，此时便不能再向缓冲区中放入字符。短信数据处理程序GetShortMsg()每从缓冲区中取出1个字符，输出指针移动l位，方法同输入指针。当输出、输入指针重合时，缓冲区为“空”。在工作中串行口接收中断程序将接收的每1个字符按顺序放入缓冲区中，而短信数据处理程序按顺序从缓冲区中取出每个字符，两者形成“生产者和消费者”的关系，如图2所示。

    工作时系统主程序町以随时检查缓冲区中是否有接收的数据(即检查缓冲区是否为“空”)，但为减小数据处理程序的开销，可在只有接收程序收到一个完整的帧时才使用某种信号或标志通知主程序进行，然后由主程序调用短信数据处理程序处理。通过分析可知，GSM模块发送信息时一般用连续的两个字符OxD和OxA结束，故MCU的串口接收程序可以在收到OxD和0xA时建立标志或发信号，数据处理程序检查到标志后即可获取、分析缓冲区中的短信。短信中包括发送方的SIM卡号，数据处理程序据此判断是否为本系统的有效数据，若是则读取其中的数据。这种方式既可以运用于“前一后台”方式，也可以用于RTOS方式。

    接收缓冲区的管理涉及的数据和函数如下：

    利用上述方法在MCS-5l系列单片机上成功地利用短信实现了数据传输，系统工作稳定，占用资源少，未出现信箱堵塞的现象。