隨著網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)代通信技術(shù)的不斷發(fā)展，遠(yuǎn)程無線通信技術(shù)經(jīng)過多年的研究與實(shí)際應(yīng)用，現(xiàn)如今在工業(yè)控制領(lǐng)域有了非常重要的地位，并且發(fā)揮著越來越大的作用。文中根據(jù)廠家的要求，設(shè)計(jì)的無線通信模塊，主要實(shí)現(xiàn)了短信與數(shù)據(jù)收發(fā)功能，并且做到了模塊的穩(wěn)定，掉線之后能夠自動(dòng)重連。

1 無線通信模塊整體設(shè)計(jì)方案
模塊主要有電源部分、主控部分、通信部分、數(shù)據(jù)傳輸部分4個(gè)部分組成。通信模塊采用SIM900A進(jìn)行無線通信。主控模塊采用STM32作為主控芯片，來控制短信的收發(fā)與數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樌M(jìn)行。遠(yuǎn)程終端可以是手機(jī)或者上位機(jī)的數(shù)據(jù)中心軟件，經(jīng)過處理之后，儲(chǔ)存下來，方便日后的查詢。本模塊具有低功耗，方便靈活，操作簡(jiǎn)單并且穩(wěn)定，掉線之后可以自動(dòng)連接，運(yùn)行過程十分穩(wěn)定，并且成本較低。

2 無線通信模塊硬件設(shè)計(jì)
2.1 功能需求
本文設(shè)計(jì)的無線通信模塊，要求單12V電源輸入，模塊上電運(yùn)行后有相應(yīng)的指示燈來指示模塊的運(yùn)行狀態(tài)。另外要求模塊能夠?qū)崿F(xiàn)短信以及數(shù)據(jù)透?jìng)鲀纱笾饕δ?，在手機(jī)發(fā)送短信給模塊之后，模塊能夠動(dòng)作，并給出回應(yīng)。最后要求在建立TCP鏈接時(shí)，仍然能夠收發(fā)短信。

圖1 無線通信模塊結(jié)構(gòu)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(gè)部分正常工作，必須對(duì)兩者進(jìn)行分別供電，電源供電電路如下：
圖中V12外接12 V電源，經(jīng)過電容濾波后輸入到LM2576，實(shí)現(xiàn)12 V到4 V的轉(zhuǎn)換，R1、R2在線路中起到分壓作用，D2燈亮起時(shí)，表示模塊已經(jīng)正常供電。LM2576是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的3 A電流輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓電路，具有完善的保護(hù)電路，比較穩(wěn)定。

圖2 電源模塊

       
2.3 主控芯片
主控模塊采用STM32單片機(jī)作為微控制器，該芯片能工作于-40～105℃的溫度范圍，MAX3232芯片用于串行口的電平變換，實(shí)現(xiàn)控制器與通信接口之間的通信。串口1與電源電平轉(zhuǎn)換芯片Max3223相連，USART1_TX(輸出，所以在配置GPIO時(shí)，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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)，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用來控制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(chǎn)品SIM900A，它屬于雙頻GSM/GPRS模塊，完全采用SMT封裝形式，性能穩(wěn)定，外觀精巧，性價(jià)比高，并且能夠滿足用戶的多種需求。在實(shí)現(xiàn)斷線自動(dòng)重連功能時(shí)，涉及到DCD、RI兩個(gè)引腳的使用。DCD引腳用來實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，當(dāng)模塊掉線時(shí)，會(huì)給DCD引腳一個(gè)高電平，當(dāng)這個(gè)電平被DCD引腳檢測(cè)到之后，模塊就是采取相應(yīng)的動(dòng)作，來重新連接上線。RI引腳在模塊上線之后，就一直保持高電平，在有電話和短信進(jìn)來的時(shí)候，RI管腳就會(huì)有一個(gè)低電平出現(xiàn)，當(dāng)RI引腳檢測(cè)到這個(gè)低電平的時(shí)候，模塊就會(huì)采取相應(yīng)動(dòng)作，進(jìn)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(shè)計(jì)
3.1 STM32的底層配置
為了實(shí)現(xiàn)STM32單片機(jī)與SIM900A模塊之間的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)短信收發(fā)與數(shù)據(jù)傳輸兩大功能。首先要搭建開發(fā)平臺(tái)，在工程中加入需要用到的庫(kù)函數(shù)以及配置文件，然后配置系統(tǒng)時(shí)鐘、中斷控制器、輸入輸出的GPIO以及相應(yīng)的串口。在配置這些參數(shù)的時(shí)候，首先需要對(duì)照原理圖進(jìn)行編寫，然后查看芯片用到哪些端口和這些端口的作用，這樣才能保證無誤。接下來就要對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行配置，以保證模塊能夠正常運(yùn)行。
3.1.1 串口配置
開發(fā)環(huán)境搭建好之后，就可以配置端口參數(shù)了。對(duì)于本模塊，設(shè)置USART傳輸?shù)谋忍芈蕿? 600 b/s，字長(zhǎng)為8 bit，1bit停止位，無檢驗(yàn)?zāi)Ｊ?。在?duì)串口1、2、3初始化之后，打開串口的中斷響應(yīng)函數(shù)：USART_ITConfig(USART1，USART_IT_RXNE，ENABLE)(以串口1為例)，使能相應(yīng)的串口：USART_Cmd(USART1，ENABLE)，這樣串口的配置就基本完成了。
3.1.2 中斷控制器的配置
首先配置優(yōu)先級(jí)分組，設(shè)置先占優(yōu)先級(jí)1位，從優(yōu)先級(jí)3位。本模塊定義了5個(gè)全局中斷，分別為：兩個(gè)RTC全局中斷、USART1全局中斷、USART2全局中斷、USART3全局中斷，分別對(duì)每一個(gè)中斷配置優(yōu)先級(jí)，使能串口再初始化即可。需要注意的是，PC15管腳作為EXTI15的外部中斷輸入管腳，當(dāng)該管腳的電平為低電平的時(shí)候觸發(fā)，模塊進(jìn)入短信模式，因此給這個(gè)中斷一個(gè)比較高的優(yōu)先級(jí)，所以定義該中斷先占優(yōu)先級(jí)1位，從優(yōu)先級(jí)0位。在設(shè)置優(yōu)先級(jí)的時(shí)候，必須根據(jù)模塊的運(yùn)行情況，選擇最優(yōu)的中斷分組和優(yōu)先級(jí)，才能保證程序運(yùn)行時(shí)，能夠快速的響應(yīng)中斷。
3.2 無線通信模塊短信功能的實(shí)現(xiàn)
1)短信收發(fā)具體過程
短信功能的實(shí)現(xiàn)主要涉及到兩個(gè)關(guān)鍵部分，一個(gè)是AT命令，另一個(gè)是串口的讀寫。AT命令是主控芯片STM32和SIM900A之間的通信協(xié)議，完成對(duì)SIM900A的控制。短信的收發(fā)主要有兩種模式，一種是文本模式，該模式只支持英文內(nèi)容，另一種是PDU模式。本模塊在完成初始化之后，首先通過USART向SIM900A發(fā)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(jìn)行接下來的短信功能。
SIM900A的短信功能主要分為兩個(gè)部分，第一：讀取短消息。讀取短消息的設(shè)置命令為：AT+CMGR，該命令生效后有兩個(gè)返回值：index和mode，index就是接收到的短信的編號(hào)，我們將接收到的index內(nèi)容放在一個(gè)長(zhǎng)度為30的buf中，再將buf寫入到串口3中，然后再讀取串口3中的內(nèi)容，這樣，短信的編號(hào)就獲取完畢。獲取了短信的編號(hào)之后，就能去獲取短信的具體內(nèi)容，而短信的內(nèi)容則存放在alpha中，它處于響應(yīng)的第三個(gè)位置，通過get_fw(at_string，phnum，19，2)可將短信的內(nèi)容取出來，這樣短信的內(nèi)容就獲取到了。第二：發(fā)送短消息。發(fā)送短消息的設(shè)置命令為：AT+CMGS，首先將發(fā)送短信的電話號(hào)碼存入到一個(gè)buf中，將這個(gè)buf寫入到串口3中，以此獲取手機(jī)號(hào)碼。而短信在發(fā)送的時(shí)候，短信內(nèi)容之前會(huì)帶一個(gè)“>”號(hào)，在程序設(shè)計(jì)時(shí)，只要檢測(cè)到“>”號(hào)時(shí)，后面的內(nèi)容也就是短信發(fā)送的內(nèi)容，最后將短信的內(nèi)容寫到串口3即可。
2)相應(yīng)的AT命令