摘要：要想完结雨量RTU体系的通讯功用，首先要完结体系通讯模块的通讯功用，因而体系中通讯模块的规划和功用完结是体系的要害部分。针对这一要求，环绕SIM900A芯片和有用SIM电话卡完结体系通讯模块的硬件规划，软件方面运用AT指令集以GSM和GPRS通讯办法经过串口调试东西完结体系的通讯功用，本文首要介绍GSM短音讯办法完结体系的通讯功用。经过实验证明，尽管GSM短音讯具有短音讯长度受限和存在延时的缺点，可是本文规划的雨量RTU体系通讯的成功率和实时功用够抵达实践运用的需求，契合规划的要求。
要害词：GSM短音讯；通讯；雨量RTU；AT指令集
在水利范畴，雨量RTU体系占有重要的方位，体系功用完结的程度对水资源和土地的合理办理、规划和运用有必定的影响。因而，雨量RTU体系功用的完结作用、实时性等特性要高，特别是体系的通讯模块。因为雨量RTU运用于无人值守的、没有市电并且环境恶劣的户外，体系对各元器件和通讯办法有特别的要求，必需求满意体系作业的环境并且通讯的质量要契合实践的运用要求。关于体系通讯模块的规划，经过归纳剖析后，本文硬件选用SIM900A芯片，通讯办法选用GSM短音讯技能。
1 GSM体系和GSM短音讯
GSM(Global System for Mobile Communication)是由欧洲ETSI安排提出的第二代数字蜂窝移动通讯体系规范，选用TDMA／FDMA复用办法，以及数字化语音编码和数字调制技能，以语音事务为主，也支撑无线的数据事务，是世界上运用最广、用户数最多、掩盖面积最大、技能上最老练的移动通讯体系。GSM体系具有高频谱功率，安全性高，稳定性好，集成度高，容量大，开放性的接口，抗噪音功用强，掩盖规模广等特色。从20世纪80年代投入运用之后，经过了近几十年的开展，现在移动通讯技能现已老练，运用规模广泛，现已得到了遍及。
1．1 GSM体系
GSM体系是GSM数字蜂窝移动通讯体系的简称，契合GSM的相关技能规范，是一种干流的移动通讯体系，在通讯技能中具有重要作用。一个完好的GSM体系首要由基站子体系BSS(Base Station Sub—System)、网络交流子体系NSS(Network Switching sub—system)、操作保护子体系OSS(Operation sub—system)和很多移动台MS(Mobile Station)等组成。
体系的事务品种多样，首要事务有：1)电信事务，首要包括GSM短音讯事务、电话事务和紧迫呼叫，其间，紧迫呼叫应该算电话事务中的一种，短音讯事务首要有点对多播送音讯和点对点音讯2种短音讯事务；2)承载事务，承载事务和根本电话事务要分隔运用，因为运用承载事务时移动台需求占用其间的一个话音通道；3)弥补事务，用户能够依据需求改动GSM事务。
GSM体系具有以下特色：1)由分体系组成，各个分体系的接口规划出产契合必定的要求，各分体系能够和不同厂商的GSM体系设备和大众通讯网相连；2)事务品种丰厚；3)具有鉴权和加密的功用，能够确保网络和用户的安全；4)能够供给国际漫游，一切的GSM用户均能够进入GSM体系；5)组网结构便利灵敏，能够满意用户的要求；6)通讯的质量好，抗干扰才能强。
1．2 GSM短音讯
GSM短音讯事务是GSM体系中电信事务的一种，简称SMS(Short Message Service)，它首要是移动台之间进行必定长度的文本信息的发送和接纳的一种事务。SMS是GSM网内选用分组办法的一种数据事务，选用公共信道信令，能够和其他事务一起运用。SMS运用存储转发的形式，SMS发送后先储存在短音讯中心(SMSC)，然后依据找到的方针移动终端的路由信息再将信息发送给该方针移动终端。SMS事务分为点对点和点对多两种，文中规划的雨量RTU选用点对点SMS事务，运用AT指令集进行通讯。SMS事务的协议有6层：短音讯运用层(SM-AL)、短音讯传输层(SM-TL)、短音讯中继层(SM—RL)、衔接办理子层(CM)、移动办理子层(MM)和无线办理子层(RRM)。其间，SM-TL为SM—AL供给服务；SM—RL为SM-TL供给服务。确保SM-TL能向对端实体TPDU并接纳IPDU和恳求发送TPDU的相关陈述；MM、CM和RRM组成操控办理子层，操控办理子层为SM—RL供给服务。SMS的发送进程大致是当一个移动用户(MS)想发送一条短音讯时，要预先正确设置好SMSC的电话号码、修正短音讯、输入被叫用户电话号码、将短音讯宣布。MSC(移动交流中心)收到短音讯后，查询VLR(拜访定位寄存器)取得正确信息，查看短音讯参数和意图地址无误后，将短音讯经由SMSC-IWMSC送往SMSC。SMSC-GMSC(短音讯中心网关)接纳到来自SMSC的短音讯后，查看参数的正确性、查询HLR(归属方位寄存器)，然后依据取得的路由信息将短音讯传送到MSC。MSC收到短音讯后，查询VLR取得方位区域地址信息，最终将短音讯发送到意图地MS。
2 雨量RTU体系
2．1 概述
文中规划的雨量RTU的首要作用是丈量长途现场的雨量参数数据、温度、电压和地理方位并存储、剖析和处理，然后由通讯模块将短音讯经过GSM发送到指定手机或许GPRS上传到指定网站。该雨量RTU首要是由铝合金的RTU主体和衔接电源、天线和传感器的电缆组成。其间，铝合金的雨量RTU主体内首要包括RTU电路、SIM卡、U盘、显现器和键盘。雨量RTU的示意图如图1所示。
2．2 通讯模块
2．2．1 通讯模块的挑选
通讯模块在雨量RTU体系中具有无足轻重的作用，通讯模块的功用在很大程度上影响RTU体系的功用。现在通讯办法有很多种，如移动通讯、卫星通讯、激光通讯、光纤通讯，并且市场上通讯模块也多种多样。该体系通讯模块的挑选依据首要考虑到以下几点：通讯便利简练、通讯功率高、稳定性好、习惯才能强、功耗低、价格适宜。
经过开端比较和挑选，有两款通讯模块能够运用于该雨量RTU，即西门子公司的MC55和芯讯通公司的SIM900A，现将两者的部分特色进行比较和剖析：
1)软件：MC55和SIM900A，两款通讯模块都选用移动通讯，相同都选用AT指令集完结通讯，都内含TCP／IP协议。
2)硬件：MC55尺度为35×32．5×2．95 mm，分量是5．5克，适用于欧洲和亚洲的3个频段(1 900、1 800和900 MHz)。MC55有50个插针型引脚，按功用能够分为4个功用模块：双非平衡的异步通讯端口、电源充电办理、SIM卡接口和双音频接口。SIM900A尺度为24x24x3 mm，分量是3．4克，适用于两个频段(EGSM900MHz和DCS1800 MHz)，支撑GPRSmulti-slot class 10／class 8和GPRS编码格局CS-1，CS-2，CS-3和CS-4。SIM900A有68个贴片焊盘，相较于插针式引脚安全性和可靠性更高，按功用能够分为五个模块：GSM基带、储存器、GSM射频、天线接口、其他接口(供电、串口、模仿音频接口、SIM卡接口)。SIM900A支撑1．8和3．0V的SIN卡，和SIM卡之间有5个引脚衔接，选用SMF05C进行静电保护。
经过以上剖析和比较，能够看出SIM900A在体积、分量、以及引脚等方面较于MC55占优势，所以该雨量RTU体系的通讯模块选用SIM900A。
2．2．2 SIM900A通讯模块的衔接
选定并剖析SIM900A和研究其电气特性、引脚等性质后，便是其在雨量RTU体系中怎么衔接的问题了。SIM900A的供电电压和电流分别为3．2～4．8 V和2 A，其首要功用部分是GSM基带、存储器、GSM射频，天线接口、电源接口、和其它接口，衔接SIM900A能够以功用部分为单位逐一衔接。SIM900A的衔接如图2所示。
当依照SIM900A的电气特性和需求衔接结束后，要特别留意RTS引脚和DTR引脚需求接地，不然简单呈现关机关不了的问题。
3 GSM短音讯在雨量RTU通讯的完结
雨量RTU通讯模块的通讯分为GSM通讯和GPRS通讯，现在只评论GSM短音讯在该体系中的完结。完结GSM短音讯通讯前，需求对SIM900A进行设置和检测、绑定手机等。
3．1 AT指令集介绍
AT指令集是由Hayes公司最早运用于设置Modem参数的一套指令集，此后为简直一切的Modem出产厂家所选用，成为设置Modem参数的一种通用办法。可是，因为Modem技能开展很快，除GSM07．07规范中规则的一些根本AT指令之外，各个厂家还界说、运用了一些扩展的AT指令，这些扩展AT指令差异很大，互不兼容。因而，这儿只介绍和GSM短音讯有关的部分AT指令句子，如表1所示。
3．2 调试东西介绍
本次运用的调试东西是Com Tool．串口东西．V1．31，如图3所示。其首要功用有：文件发送，依据波特率主动分批发送数据的频率和数量；数据存储，能够存储窗口的数据；指令存储，能够存储7×25条指令；接纳窗口容量大，接纳窗口能够显现几十兆数据；数据查找，能够对接纳窗口数据进行查找；数据批处理，能够模仿设备对数据进行批处理。
3．3 SIM900A初始化检测
在电源断开的状况下，将有用的SIM卡放入卡座，翻开串口调试东西，设置好串口调试东西的参数，接通电源开端测验SIM900A。因为短音讯事务仅仅模块的部分功用，现在将SIM900A检测和短音讯有关的部分阐明一下，如表2所示。
3．4 GSM短音讯的完结
将注册来电显现和有通讯费用的有用SIM卡刺进RTU硬件模型中，雨量RTU和调试东西——Com Tool．串口东西．V1．31衔接。
和通讯有联系的部分参数的设置。调试东西页面的设置：挑选的串口为COM1；通讯的波特率设置为9600，设置的句子为“AT+IPR=9600；＆W”；数据位为8位；校验位为NO；中止位为1；发送数据为16进制；日志存储要挑选，便利保存和查询；终端的类别为一个时刻能够监控多种事务但只能够履行一种事务；模块运用的字符集为GSM，设置的句子为“AT+CSCS=GSM”；短音讯的格局挑选文本格局，设置的句子为“AT+CMGF=1”；修正电话薄，存储号码，句子为“AT+CPBW=，”15380791059”，“guoyan””。
接纳GSM短音讯。发送句子“AT”，接纳到“OK”，表明模块现已准备就绪。运用号码为15380791059的手机向模块发送短音讯“Hello，welcome!”，此刻串口调试东西的界面会回来“AT+CMGR=1”的句子，1表明接纳到的短音讯的方位是1；发送句子“AT+CMGR=1”就能够显现接纳到的短音讯，显现的句子为“+CMGR：”REC READ”，”+8615380791059”，”guoyan”，”12107112,20：00：48+32”HeHo，welcome!”。
发送GSM短音讯。发送句子“AT”，接纳到“OK”，表明模块现已准备就绪。运用“AT+CMGS=”+8615380791059””指令句子，模块向号码为15380791059的手机发送短音讯。号码为15380791059的手机即可收到模块发来的短音讯。
删去GSM短音讯。因为内存有限，为了雨量RTU体系能够正常作业，所以短音讯读取之后应该及时删去。删去短音讯运用指令句子AT+CMGD =#，”：＆=0，表明删去指定方位为#的短音讯；＆=1，表明删去一切现已读过的短音讯，保存原有的和未读的短音讯；=2，表明删去现已读过的和现已发送的原有短音讯，保存未发送的原有短音讯；＆=3，表明删去现已读过和原有音讯，保存未读短音讯；=4，表明删去一切短音讯。实验中选用=2的状况。
在修正短音讯时需求留意，假如编写汉字需求先将汉字转换成unicode编码，因为体系的液晶显现器支撑的是GB2312简体汉字，而手机支撑unicode编码的简体汉字；假如选用短音讯修正体系的时钟信息，需求将修正的时刻提早20 s，因为GSM短音讯自身存在时延，再加上环境的影响短音讯由手机发送到雨量RTU体系大约需求20 s，修正体系时钟信息的精确地办法是选用体系键盘输入修正的办法。
3．5 GSM短音讯完结成果的剖析
经过实验，GSM短音讯在雨量RTU体系中能够进行通讯。现在就通讯的成功率和实时性进行剖析。
在实验中发现，通讯的成功率能抵达98．65％，短音讯发送／接纳失利的状况首要呈现在节假日，平常根本上不存在发送／接纳失利的状况，这是因为节假日运用GSM短音讯事务的太多，短音讯事务运用太频频导致GSM网络拥堵，然后呈现短音讯发送／接纳失利的状况。短音讯发送／接纳失利，还有其他原因比方移动台欠费呼叫被约束、移动台关机、移动台的内存已满、短音讯过期等。
实验中短音讯发送／接纳的耗时长短也存在不同，耗时的长短有多种原因，关于同一个体系首要有短音讯的长度、SMSC的处理才能和GSM网络的拥堵状况等原因。在SMS中，短音讯的发送／接纳需求经过SMSC存储与转发，增重SMSC处理负荷。SMSC的处理才能和GSM网络的拥堵状况对短音讯的影响简单了解。短音讯的长度是因为GSM短音讯传送时的字节长度为70个汉字或许140个ASCII码，所以当短音讯的长度超越最大长度时需求分批传送，然后添加时延。
经过实验发现，短音讯从发送到抵达雨量RTU体系最短需求20 s的时刻，因而经过短音讯办法改动雨量RTU体系的时钟参数时需求将时刻推后20 s，并且最好是在短音讯事务不忙的夜深的时分。改动体系时钟参数的精确地办法是经过键盘输入。
实验成果和功用剖析的作用还比较契合实践运用应该抵达的作用，也契合雨量RTU体系的要求，也能够契合实践的运用要求。
4 结束语
体系通讯模块硬件环绕SIM900A芯片和有用SIM电话卡规划，软件首要选用AT指令句子经过串口调试东西，以GSM短音讯的办法完结通讯功用。经过实验发现，体系通讯尽管存在这必定的差错，可是契合实践要求，完全能够运用在无人值守的没有市电的环境恶劣的户外。在实验中GSM透出它的长处，如更安全、更有用，能够双传送信息，能够支撑更多的用户；可是也存在着缺乏，如短音讯长度受限，虽契合要求可是实时性不强，存在时延并且不可避免。在后续作业中能够减小GSM短音讯的时延现象，增强时效性，进一步进步体系的通讯质量。
