前面数次连载我们以较长的篇幅讲解了串口通信的硬件原理、DOS平台控制以及基于WIN32 API、控件和第三方类的串口编程。作为本系列文章的最后一次连载,本章将给出一个典型的应用实例:西门子短信服务模块TC35的串口控制。

  1.短信控制终端

  作为短信 (Short Message Service,SMS)一族,想必你有这样的体会:用手机编辑短信息十分不便、容易出错,而且修改费时,若能用计算机来收发短信则方便许多。注意,本文所说的用计算机收发短信并不是说通过"网易短信王"等方式在Internet上收发短信,而是直接用计算机控制运行了GSM通信系统的短信终端进行收发,因而其收发短信的原理与手机是本质相同的。

  实际上,一大堆的垃圾短信也是采用这种短信终端发出来的!

  我们来介绍一款GSM模块,它就是西门子公司的TC35,它由GSM基带处理器、电源专用集成电路、射频电路和闪速存储器等部分组成,负责处理GSM蜂窝设备中的音频、数据和信号,内嵌的软件部分执行应用接口和所有GSM协议栈的功能。TC35支持中文短信息,工作在EGSM900和GSM1800双频段,电源范围为3.3~5.5V,可传输语音和数据信号,消耗功率在EGSM900(4类)和GSM1800(1类)分别为2W和1W,通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。TC35的数据接口(CMOS电平)通过AT命令可双向传输指令和数据,可选波特率为300bit/s~115kbit/s,自动波特率为1.2k~115kbit/s。它支持文本和PDU格式的,可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复。

  我们需要利用以TC35模块为主的硬件组成一个TC35终端设备,并与电脑通过RS-232C串口相连,并自行编制在PC上运行的短信息收发软件,就可以组成一个短信收发系统。TC35终端电路如下图所示:

  TC35的控制主要包含如下几类指令:

  (1)初始化指令

  设置短消息发送格式AT+CMGF=1<CR>,设置1代表PDU模式,<CR>是回车符号,也就是0x0d,指令正确则模块返回<CRLF>OK<CRLF>,<CRLF>是回车换行符号。

  (2)设置/读取短消息中心

  短消息中心号码由移动运营商提供。

  设置短消息中心的指令格式为:

  AT+CSCA=″+8613800531500″(短消息中心)<CR>

  设置正确则模块返回<CRLF>OK<CRLF>。

  读取短消息服务中心则使用命令:

AT+CSCA=?<CR>

  TC35模块应该返回:

<CRLF>+CSCA:″8613800531500″<CRLF>。

  (3)设置短消息到达自动提示

  设置短消息到达自动提示的指令格式为:

AT+CNMI=1,1,0,0,1<CR>

  设置正确则TC35模块返回:

<CRLF>OK<CRLF>。

  设置此命令可使模块在短消息到达后向串口发送指令:

<CRLF>+CMTI:″SM″,INDEX(信息存储位置)<CRLF>。

  通过TC35发送短消息的方法为:

  PC上的控制软件按照PDU的格式发送和接收数据,短消息的内容可以是中文或者其他字符。在PDU模式,如果发送短消息,则首先发送短消息数据的长度:

AT+CMGS=<length><CR>

  等待TC35模块返回ASCII字符">",则可以将PDU数据输入,PDU数据以<Z>(也就是0x1a)作为结束符。短消息发送成功,模块返回:

<CRLF>OK<CRLF>

  通过TC35接收短消息的方法为:

  短消息到来后,串口上会接收到指令

<CRLF>+CMTI:″SM″,INDEX(信息存储位置)<CRLF>

  PC上的控制软件通过读取PDU数据的AT命令

AT+CMGR=INDEX<CRLF>

  将TC35模块中PDU格式的短消息内容读出。如果用+CMGL代替+CMGR,则可一次性读出全部短消息。

  通过TC35删除短消息的方法为:

  PC上的控制软件收到一条短消息并处理后,需要将其在SIM卡上删除,以防止SIM卡饱和。删除短消息的指令为:

AT+CMGD=INDEX<CR>

  删除后模块返回

<CRLF>OK<CRLF>

2.程序实例

  由于本文的宗旨在于讲解串口通信,因此,我们屏蔽图形用户界面的细节,制作一个简单的短信收发软件,它包含了控制短信终端的所有串口通信内容。实际上,一个理想的短信收发软件的界面应类似于Outlook或Foxmail,包含收件箱、发件箱、已发送短信箱等内容,但是这些东西都与我们要介绍的串口通信无关,因此,下面的软件界面虽"败絮其外",但仍可称得上"金玉其中":

  关于界面上控件的描述如下:

BEGIN
 EDITTEXT IDC_SMSCONTENT_EDIT,39,61,242,38,ES_AUTOHSCROLL
 PUSHBUTTON "发送",IDC_SEND_BUTTON,316,80,45,18
 GROUPBOX "接收短消息",IDC_STATIC,28,124,361,167
 LTEXT "对方手机号",IDC_STATIC,41,35,42,11
 EDITTEXT IDC_PHONENUM_EDIT,88,30,192,17,ES_AUTOHSCROLL
 PUSHBUTTON "清除",IDC_CLEAR_BUTTON,316,30,45,18
 GROUPBOX "发送短消息",IDC_STATIC,29,19,361,95
 LISTBOX IDC_RECVSMS_LIST,43,137,331,127,LBS_SORT |
 LBS_NOINTEGRALHEIGHT | WS_VSCROLL | WS_TABSTOP
 PUSHBUTTON "接收",IDC_RECV_BUTTON,77,269,55,16
 PUSHBUTTON "清空",IDC_DELETEALL_BUTTON,273,268,45,14
END

  对话框类的消息映射为:

BEGIN_MESSAGE_MAP(CSMSControlDlg, CDialog)
//{{AFX_MSG_MAP(CSMSControlDlg)
 ON_WM_SYSCOMMAND()
 ON_WM_PAINT()
 ON_WM_QUERYDRAGICON()
 ON_BN_CLICKED(IDC_CLEAR_BUTTON, OnClearButton)
 ON_BN_CLICKED(IDC_SEND_BUTTON, OnSendButton)
 ON_BN_CLICKED(IDC_RECV_BUTTON, OnRecvButton)
 ON_BN_CLICKED(IDC_DELETEALL_BUTTON, OnDeleteallButton)
//}}AFX_MSG_MAP
END_MESSAGE_MAP()

  感谢《通过串口收发短消息》一文的作者bhw98,他为我们编写了数个独立于操作系统平台的C函数,使得我们可以在应用程序中直接对这些函数进行调用。在本控制软件中,也对这些函数进行了充分利用。
  下面是对本例程软件的主要数据结构和核心函数的介绍:

  数据结构

// 用户信息编码方式
#define GSM_7BIT 0
#define GSM_8BIT 4
#define GSM_UCS2 8
// 短消息参数结构,编码/解码共用
// 其中,字符串以0结尾
typedef struct
{
 char SCA[16]; // 短消息服务中心号码(SMSC地址)
 char TPA[16]; // 目标号码或回复号码(TP-DA或TP-RA)
 char TP_PID; // 用户信息协议标识(TP-PID)
 char TP_DCS; // 用户信息编码方式(TP-DCS)
 char TP_SCTS[16]; // 服务时间戳字符串(TP_SCTS), 接收时用到
 char TP_UD[161]; // 原始用户信息(编码前或解码后的TP-UD)
 char index; // 短消息序号,在读取时用到
} SM_PARAM;

   发送短消息

  发送按钮对应的函数为CSMSControlDlg::OnSendButton,它读取用户输出并根据目标电话号码和短信息内容形成SM_PARAM(源PDU参数)的内容,接着进行发送:

void CSMSControlDlg::OnSendButton()
{
 // TODO: Add your control notification handler code here
 //获得用户输入
 CString desPhoneNum;
 CString smsContent;
 GetDlgItemText(IDC_PHONENUM_EDIT,desPhoneNum);
 GetDlgItemText(IDC_SMSCONTENT_EDIT,smsContent);

 //填充SM_PARAM结构体内容
 SM_PARAM smParam;
 smParam = CreateSMPARAMStruct(desPhoneNum,smsContent);

 //发送短信息
 gsmSendMessage(smParam);
}

  其中调用的gsmSendMessage函数体现了串口通信的核心内容,它按照第1节阐述的GSM模块发送短消息的串口控制流程进行短信的发送:

BOOL gsmSendMessage(const SM_PARAM *pSrc // pSrc: 源PDU参数指针)
{
 int nPduLength; // PDU串长度
 unsigned char nSmscLength; // SMSC串长度
 int nLength; // 串口收到的数据长度
 char cmd[16]; // 命令串
 char pdu[512]; // PDU串
                                                       char ans[128]; // 应答串

 nPduLength = gsmEncodePdu(pSrc, pdu); // 根据PDU参数,编码PDU串
 strcat(pdu, "/x01a"); // 以Ctrl-Z结束

 gsmString2Bytes(pdu, &nSmscLength, 2); // 取PDU串中的SMSC信息长度
 nSmscLength++; // 加上长度字节本身

 // 命令中的长度,不包括SMSC信息长度,以数据字节计
 sprintf(cmd, "AT+CMGS=%d/r", nPduLength / 2-nSmscLength); // 生成命令

 WriteComm(cmd, strlen(cmd)); // 先输出命令串

 nLength = ReadComm(ans, 128); // 读应答数据
 
 // 根据能否找到"/r/n> "决定成功与否
 if (nLength == 4 && strncmp(ans, "/r/n> ", 4) == 0)
 {
  WriteComm(pdu, strlen(pdu)); // 得到肯定回答,继续输出PDU串

  nLength = ReadComm(ans, 128); // 读应答数据
                                                                                     
  // 根据能否找到"+CMS ERROR"决定成功与否
  if (nLength > 0 && strncmp(ans, "+CMS ERROR", 10) != 0)
  {
   return TRUE;
  }
 }
 return FALSE;
}

   读取短消息

  点击"接收"按钮会通过gsmReadMessage函数的调用获得所有短消息,最后在列表控件中显示所有短信:

void CSMSControlDlg::OnRecvButton()
{
 // TODO: Add your control notification handler code here
 SM_PARAM smParam[100];//短信缓冲区
 int smsNum;//短信条数
 smsNum = gsmReadMessage(smParam);//读取短信

 //显示短信
 for(int i=0;i<smsNum;i++)
 {
  m_recvlist.AddString(CString(smsNum[i].TPA)+smsNum[i].TP_UD);
 }
}

  其中调用的gsmReadMessage函数完成最核心的短信接收功能,它按照第1节阐述的GSM模块接收短消息的串口控制流程进行短信的接收:


// 参数:pMsg 短消息缓冲区,必须足够大
// 返回:短消息条数
int gsmReadMessage(SM_PARAM* pMsg)
{
 int nLength; // 串口收到的数据长度
 int nMsg; // 短消息计数值
 char* ptr; // 内部用的数据指针
 char cmd[16]; // 命令串
 char ans[1024]; // 应答串

 nMsg = 0;
 ptr = ans;

 sprintf(cmd, "AT+CMGL/r"); // 生成命令,用+CMGL可一次性读出全部短消息
                  
 WriteComm(cmd, strlen(cmd)); // 输出命令串
 nLength = ReadComm(ans, 1024); // 读应答数据
 // 根据能否找到"+CMS ERROR"决定成功与否
 if(nLength > 0 && strncmp(ans, "+CMS ERROR", 10) != 0)
 {
  // 循环读取每一条短消息, 以"+CMGL:"开头
  while((ptr = strstr(ptr, "+CMGL:")) != NULL)
  {
   ptr += 6; // 跳过"+CMGL:"
   sscanf(ptr, "%d", &pMsg->index); // 读取序号
                   
   ptr = strstr(ptr, "/r/n"); // 找下一行
   ptr += 2; // 跳过"/r/n"

   gsmDecodePdu(ptr, pMsg); // PDU串解码
   pMsg++; // 准备读下一条短消息
   nMsg++; // 短消息计数加1
  }
 }
  return nMsg;
}

删除短消息

  我们可以在读取完所有短信息后调用gsmDeleteMessage函数在GSM模块上删除那些已经被接收到PC上的短信息,它按照第1节阐述的GSM模块删除短消息的串口控制流程进行短信的删除:

// index: 短消息序号,从1开始
BOOL gsmDeleteMessage(const int index)
{
 int nLength; // 串口收到的数据长度
 char cmd[16]; // 命令串
 char ans[128]; // 应答串

 sprintf(cmd, "AT+CMGD=%d/r", index); // 生成命令

 // 输出命令串
 WriteComm(cmd, strlen(cmd));

 // 读应答数据
 nLength = ReadComm(ans, 128);

 // 根据能否找到"+CMS ERROR"决定成功与否
 if (nLength > 0 && strncmp(ans, "+CMS ERROR", 10) != 0)
 {
  return TRUE;
 }
 return FALSE;
}

  在PC控制软件的短信列表框中删除所有短消息的"清空"按钮函数为:

void CSMSControlDlg::OnDeleteallButton()
{
 // TODO: Add your control notification handler code here
 m_recvlist.ResetContent();
}

   设置/读/写串口

  在应用程序启动与退出及gsmSendMessage、gsmReadMessage和gsmDeleteMessage函数中广泛使用的串口相关函数用WIN32 API实现:

// 串口设备句柄
HANDLE hComm;

// 打开串口
// pPort: 串口名称或设备路径,可用"COM1"或"//./COM1"两种方式,建议用后者
// nBaudRate: 波特率
// nParity: 奇偶校验
// nByteSize: 数据字节宽度
// nStopBits: 停止位
BOOL OpenComm(const char *pPort, int nBaudRate, int nParity, int nByteSize, int
nStopBits)
{
 DCB dcb; // 串口控制块
 COMMTIMEOUTS timeouts =
 {
  // 串口超时控制参数
  100, // 读字符间隔超时时间: 100 ms
  1, // 读操作时每字符的时间: 1 ms (n个字符总共为n ms)
  500, // 基本的(额外的)读超时时间: 500 ms
  1, // 写操作时每字符的时间: 1 ms (n个字符总共为n ms)
  100
 }; // 基本的(额外的)写超时时间: 100 ms

 hComm = CreateFile(pPort, // 串口名称或设备路径
  GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, // 读写方式
  0, // 共享方式:独占
  NULL, // 默认的安全描述符
  OPEN_EXISTING, // 创建方式
  0, // 不需设置文件属性
  NULL); // 不需参照模板文件

 if (hComm == INVALID_HANDLE_VALUE)
  return FALSE;
 // 打开串口失败

 GetCommState(hComm, &dcb); // 取DCB
 dcb.BaudRate = nBaudRate;
 dcb.ByteSize = nByteSize;
 dcb.Parity = nParity;
 dcb.StopBits = nStopBits;

 SetCommState(hComm, &dcb); // 设置DCB
 
 SetupComm(hComm, 4096, 1024); // 设置输入输出缓冲区大小

 SetCommTimeouts(hComm, &timeouts); // 设置超时
 return TRUE;
}

// 关闭串口
BOOL CloseComm()
{
 return CloseHandle(hComm);
}

// 写串口
// pData: 待写的数据缓冲区指针
// nLength: 待写的数据长度
void WriteComm(void *pData, int nLength)
{
 DWORD dwNumWrite; // 串口发出的数据长度
 WriteFile(hComm, pData, (DWORD)nLength, &dwNumWrite, NULL);
}

// 读串口
// pData: 待读的数据缓冲区指针
// nLength: 待读的最大数据长度
// 返回: 实际读入的数据长度
int ReadComm(void *pData, int nLength)
{
 DWORD dwNumRead; // 串口收到的数据长度
 ReadFile(hComm, pData, (DWORD)nLength, &dwNumRead, NULL);
 return (int)dwNumRead;
}

编/解码GSM短消息

  陷于本文的篇幅,这里只给出编解码函数的原型,具体请参看GSM标准及《通过串口收发短消息》一文。

// UCS2编码 返回: 目标编码串长度
int gsmEncodeUcs2(const char *pSrc, // 源字符串指针
 unsigned char *pDst, // pDst: 目标编码串指针
 int nSrcLength // nSrcLength: 源字符串长度
);

// UCS2解码 返回: 目标字符串长度
int gsmDecodeUcs2(const unsigned char *pSrc, //源编码串指针
char *pDst, // pDst: 目标字符串指针
int nSrcLength // nSrcLength: 源编码串长度
);

//可打印字符串转换为字节数据 返回: 目标数据长度
//如:"C8329BFD0E01" --> {0xC8, 0x32, 0x9B, 0xFD, 0x0E, 0x01}
int gsmString2Bytes(const char *pSrc, // pSrc: 源字符串指针
unsigned char *pDst, // pDst: 目标数据指针
int nSrcLength // nSrcLength: 源字符串长度
);

// 字节数据转换为可打印字符串 返回: 目标字符串长度
// 如:{0xC8, 0x32, 0x9B, 0xFD, 0x0E, 0x01} --> "C8329BFD0E01"
int gsmBytes2String(const unsigned char *pSrc, // pSrc: 源数据指针
char *pDst, // pDst: 目标字符串指针
int nSrcLength // nSrcLength: 源数据长度
);

  3.总结

  串口编程的核心在于串口通信方式(发送、接收和握手)的控制,而具体的应用领域反而是次要的。掌握了根本的原理,就可以灵活地将其应用于任意领域,综合实例中的例子"短信控制终端"只是冰山一角。

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