GSM短信選課系統

劉鳳秋，趙有以，劉 昊，王建民

（哈爾濱理工大學 應用科學學院，哈爾濱 150080）

隨著計算機和網絡技術的不斷發展與進步，網絡選課系統已經在國內高校得到普遍應用，逐漸成為高等院校安排教學必不可少的工具[1-4]。然而，由于學校選課時間集中，選課人數巨大，出現用戶無法登錄系統選課或者網絡訪問速度慢的現象，在相對集中的時間內大量用戶同時訪問網絡服務器進行選課，使得選課效率非常低，嚴重時致使學校網絡癱瘓，影響正常的工作。

文中提出一種基于GSM網絡的短信選課系統，該系統能夠接收選課用戶通過移動終端發送的選課信息，并進行相應的處理，同時具有一定的存儲功能，避免頻繁訪問服務器，實現在選課高峰時對選課用戶的分流，緩解選課高峰對于網絡和數據庫訪問的壓力。

1 需求分析

針對高等學校選課時間相對集中，選課人數眾多的需求，同時考慮到GSM網絡通信的特點，GSM短信選課系統應該具備如下功能：1）接收用戶（學生）通過手機短信向指定的號碼發送含有學號、密碼、課程代號等內容的短信；2）對接收的短信內容解碼，判斷接收信息是否符合規定的協議格式。如果短信內容有效，返回選課有效提示給用戶。否則返回選課無效提示給用戶；3）系統具有一定的信息存儲功能，用于存儲用戶的選課信息，避免頻繁訪問數據庫；4）具備友好的人機交互界面；5）實現通信接口與主機（上位機）進行信息交互；6）上電以及連接故障自檢功能；7）支持飛信、人機交互等其它功能。

2 系統設計

GSM短信選課系統功能框架如圖1所示，包括多個用戶終端、GSM短信選課系統以及上位機。用戶終端指選課學生、任課教師或教務處工作人員所使用的手機，不同用戶具有不同的權限，通過手機短信進行選課或者對選課情況進行查詢、刪除等操作。GSM短信系統是整個系統核心，負責接收、處理、保存移動終端發送的選課請求，根據處理結果向用戶終端和上位機發送確認信息。上位機負責接收來自GSM短信選課系統信息，并對數據庫進行寫入、刪除等操作。

圖1 選課系統功能框圖Fig.1 Structure diagram of elective system

3 系統硬件設計

GSM短信選課系統的硬件結構如圖2所示，主要包括主控制器、GSM短信模塊、USB通信接口、人際交互模塊和存儲模塊等模塊。主控制器用于短信的解碼與編碼以及控制系統其它的外設；GSM短信模塊主要用于短信息的接收與發送；USB通信模塊為上位機通信提供USB接口；人機交互模塊主要包括TFT彩色觸摸屏和聲音提示模塊，用于用戶輸入信息以及有關信息的顯示等；存儲模塊用于暫時儲存選課數據。

圖2 GSM短信選課系統硬件結構框Fig.2 Structure diagram of the hardware system

1）主控制器 主控制器選用STM32F103增強型單片機，STM32系列單片機是意法半導體公司專門為高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用設計的產品，其主頻能達到72 MHz，在同類產品中性能最高的產品，本系統中用于對接收到的短信進行解碼，并通過USB接口向上位機發送解碼結果，同時控制TFT彩色液晶屏顯示、時鐘正常運行和SD存儲卡對選課信息的記錄。

2）GSM短信收發模塊 選用SIMENS公司生產的新一代GSM/GPRS模塊TC35i，實現接收選課信息與發送選課狀態信息等任務。

3）觸摸屏模塊 本系統選用8寸TFT工業串口屏代替鍵盤和點陣液晶，實現了通過觸摸對系統進行控制操作，并在彩色液晶上顯示時間、選課用戶的號碼及選課人數等信息，提供了更人性化的便捷操作。

4）存儲模塊 選用SD卡作為存儲模塊，用于存儲和記錄選課信息，為后期進行人員篩選做好充分準備，以確保選課可以更安全、更可靠地完成。

5）電源模塊 為系統提供不同電壓電流的電源需求，由外接7 V電源經LM1086-ADJ降壓到4.2 V后為TC35i短信模塊提供標準的工作電壓，同時經LM1086-3.3 V降壓到3.3 V后為單片機系統和存儲模塊提供工作電壓，經LM1086-5.0 V降壓到5.0 V后為TFT觸摸屏提供工作電壓。

4 系統軟件設計

系統軟件采用Keil MDK編寫，Keil MDK為德國著名軟件公司Keil出品的一款C編譯器，具有操作簡單、界面友好及代碼效率高等特點。

為了提高系統的可讀性以及代碼效率，軟件采用狀態機思想設計，圖3所示為系統的狀態轉換圖。系統上電復位后進入IDLE空閑狀態，若檢測到短信標志CMTI則進入RECEIVE狀態接收短信并進行解碼，如果ERROR不為0即不符合協議，則進入SEND狀態直接回復用戶不符協議的提示信息，否則進入ACCRORD狀態。此狀態下開啟定時器并檢測上位機是否有回復信息，如果在3秒內收到回復信息則進入REPLY狀態并根據上位機回復內容確定需要發送給用戶的短消息，否則認為是上位機處理錯誤，最后程序進入SEND狀態發送短信選課的結果，并返回到IDLE狀態。

圖3 軟件狀態轉換圖Fig.3 State transition diagram of the software

系統上電后首先完成對單片機外設的初始化，并檢測TC35i模塊硬件及網絡的連接是否正常。如果系統工作正常，則檢測是否有新的短消息。如果有，系統要對其進行讀取、刪除并對短消息進行解碼，判斷短信內容是否符合事先確定的選課短信協議。如果符合，則對短信內容進行編碼，并通過USB端口發送到上位機。否則，回復給用戶相應的提示信息，具體流程如圖4所示。

5 調試與實驗

完成設計后，對GSM短信選課系統進行了大量的調試和實驗。在進行測試時，打開下位機，并通過USB連接線將下位機與上位機相連。待下位機網絡搜索完成后，運行該測試的應用軟件，輸入授權碼，并進行相應端口號及通信速率的設置。設置完成后，通過手機短信、飛信等終端向系統發送符合協議要求及不符合協議要求的測試短信。通信協議的具體的格式為：學號+密碼+課程號，如學號為0907010118的學生密碼為 0907010118，要選的課程號為 123456789，則符合協議的發送內容為09070101180907010118123456789。實際測試結果表明，系統能夠按照設計的要求對發送內容進行正確處理。測試界面如圖5所示。大量測試實驗表明，系統運行穩定、可靠，具備實際應用的前景。

6 結束語

文中闡述了GSM短信選課系統的設計和實現過程，并對其中所涉及關鍵問題進行了詳細的討論。針對高校網絡選課擁堵而引起的現代高校學生選課難的問題，提出了一種有效的解決途徑。推行這種技術是緩解網絡選課效率低下的有效方法之一，同時可為參與選課人員提供更簡單更人性化操作平臺。

圖4 軟件流程圖Fig.4 Flow chart of the software

圖5 GSM短信選課系統實物以及上位機界面Fig.5 Elective sytem based on GSM message and software GUI on the host

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