GSM短信選課系統(tǒng)

劉鳳秋，趙有以，劉 昊，王建民

（哈爾濱理工大學(xué) 應(yīng)用科學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150080）

隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)選課系統(tǒng)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)高校得到普遍應(yīng)用，逐漸成為高等院校安排教學(xué)必不可少的工具[1-4]。然而，由于學(xué)校選課時(shí)間集中，選課人數(shù)巨大，出現(xiàn)用戶無(wú)法登錄系統(tǒng)選課或者網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)速度慢的現(xiàn)象，在相對(duì)集中的時(shí)間內(nèi)大量用戶同時(shí)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行選課，使得選課效率非常低，嚴(yán)重時(shí)致使學(xué)校網(wǎng)絡(luò)癱瘓，影響正常的工作。

文中提出一種基于GSM網(wǎng)絡(luò)的短信選課系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠接收選課用戶通過(guò)移動(dòng)終端發(fā)送的選課信息，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，同時(shí)具有一定的存儲(chǔ)功能，避免頻繁訪問(wèn)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)在選課高峰時(shí)對(duì)選課用戶的分流，緩解選課高峰對(duì)于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)的壓力。

1 需求分析

針對(duì)高等學(xué)校選課時(shí)間相對(duì)集中，選課人數(shù)眾多的需求，同時(shí)考慮到GSM網(wǎng)絡(luò)通信的特點(diǎn)，GSM短信選課系統(tǒng)應(yīng)該具備如下功能：1）接收用戶（學(xué)生）通過(guò)手機(jī)短信向指定的號(hào)碼發(fā)送含有學(xué)號(hào)、密碼、課程代號(hào)等內(nèi)容的短信；2）對(duì)接收的短信內(nèi)容解碼，判斷接收信息是否符合規(guī)定的協(xié)議格式。如果短信內(nèi)容有效，返回選課有效提示給用戶。否則返回選課無(wú)效提示給用戶；3）系統(tǒng)具有一定的信息存儲(chǔ)功能，用于存儲(chǔ)用戶的選課信息，避免頻繁訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)；4）具備友好的人機(jī)交互界面；5）實(shí)現(xiàn)通信接口與主機(jī)（上位機(jī)）進(jìn)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(jī)交互等其它功能。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

GSM短信選課系統(tǒng)功能框架如圖1所示，包括多個(gè)用戶終端、GSM短信選課系統(tǒng)以及上位機(jī)。用戶終端指選課學(xué)生、任課教師或教務(wù)處工作人員所使用的手機(jī)，不同用戶具有不同的權(quán)限，通過(guò)手機(jī)短信進(jìn)行選課或者對(duì)選課情況進(jìn)行查詢、刪除等操作。GSM短信系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)核心，負(fù)責(zé)接收、處理、保存移動(dòng)終端發(fā)送的選課請(qǐng)求，根據(jù)處理結(jié)果向用戶終端和上位機(jī)發(fā)送確認(rèn)信息。上位機(jī)負(fù)責(zé)接收來(lái)自GSM短信選課系統(tǒng)信息，并對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行寫(xiě)入、刪除等操作。

圖1 選課系統(tǒng)功能框圖Fig.1 Structure diagram of elective system

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

GSM短信選課系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)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(chǔ)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(tǒng)其它的外設(shè)；GSM短信模塊主要用于短信息的接收與發(fā)送；USB通信模塊為上位機(jī)通信提供USB接口；人機(jī)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(guān)信息的顯示等；存儲(chǔ)模塊用于暫時(shí)儲(chǔ)存選課數(shù)據(jù)。

圖2 GSM短信選課系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框Fig.2 Structure diagram of the hardware system

1）主控制器 主控制器選用STM32F103增強(qiáng)型單片機(jī)，STM32系列單片機(jī)是意法半導(dǎo)體公司專門(mén)為高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，其主頻能達(dá)到72 MHz，在同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品，本系統(tǒng)中用于對(duì)接收到的短信進(jìn)行解碼，并通過(guò)USB接口向上位機(jī)發(fā)送解碼結(jié)果，同時(shí)控制TFT彩色液晶屏顯示、時(shí)鐘正常運(yùn)行和SD存儲(chǔ)卡對(duì)選課信息的記錄。

2）GSM短信收發(fā)模塊 選用SIMENS公司生產(chǎn)的新一代GSM/GPRS模塊TC35i，實(shí)現(xiàn)接收選課信息與發(fā)送選課狀態(tài)信息等任務(wù)。

3）觸摸屏模塊 本系統(tǒng)選用8寸TFT工業(yè)串口屏代替鍵盤(pán)和點(diǎn)陣液晶，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)觸摸對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制操作，并在彩色液晶上顯示時(shí)間、選課用戶的號(hào)碼及選課人數(shù)等信息，提供了更人性化的便捷操作。

4）存儲(chǔ)模塊 選用SD卡作為存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)和記錄選課信息，為后期進(jìn)行人員篩選做好充分準(zhǔn)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(tǒng)提供不同電壓電流的電源需求，由外接7 V電源經(jīng)LM1086-ADJ降壓到4.2 V后為T(mén)C35i短信模塊提供標(biāo)準(zhǔn)的工作電壓，同時(shí)經(jīng)LM1086-3.3 V降壓到3.3 V后為單片機(jī)系統(tǒng)和存儲(chǔ)模塊提供工作電壓，經(jīng)LM1086-5.0 V降壓到5.0 V后為T(mén)FT觸摸屏提供工作電壓。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件采用Keil MDK編寫(xiě)，Keil MDK為德國(guó)著名軟件公司Keil出品的一款C編譯器，具有操作簡(jiǎn)單、界面友好及代碼效率高等特點(diǎn)。

為了提高系統(tǒng)的可讀性以及代碼效率，軟件采用狀態(tài)機(jī)思想設(shè)計(jì)，圖3所示為系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。系統(tǒng)上電復(fù)位后進(jìn)入IDLE空閑狀態(tài)，若檢測(cè)到短信標(biāo)志CMTI則進(jìn)入RECEIVE狀態(tài)接收短信并進(jìn)行解碼，如果ERROR不為0即不符合協(xié)議，則進(jìn)入SEND狀態(tài)直接回復(fù)用戶不符協(xié)議的提示信息，否則進(jìn)入ACCRORD狀態(tài)。此狀態(tài)下開(kāi)啟定時(shí)器并檢測(cè)上位機(jī)是否有回復(fù)信息，如果在3秒內(nèi)收到回復(fù)信息則進(jìn)入REPLY狀態(tài)并根據(jù)上位機(jī)回復(fù)內(nèi)容確定需要發(fā)送給用戶的短消息，否則認(rèn)為是上位機(jī)處理錯(cuò)誤，最后程序進(jìn)入SEND狀態(tài)發(fā)送短信選課的結(jié)果，并返回到IDLE狀態(tài)。

圖3 軟件狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖Fig.3 State transition diagram of the software

系統(tǒng)上電后首先完成對(duì)單片機(jī)外設(shè)的初始化，并檢測(cè)TC35i模塊硬件及網(wǎng)絡(luò)的連接是否正常。如果系統(tǒng)工作正常，則檢測(cè)是否有新的短消息。如果有，系統(tǒng)要對(duì)其進(jìn)行讀取、刪除并對(duì)短消息進(jìn)行解碼，判斷短信內(nèi)容是否符合事先確定的選課短信協(xié)議。如果符合，則對(duì)短信內(nèi)容進(jìn)行編碼，并通過(guò)USB端口發(fā)送到上位機(jī)。否則，回復(fù)給用戶相應(yīng)的提示信息，具體流程如圖4所示。

5 調(diào)試與實(shí)驗(yàn)

完成設(shè)計(jì)后，對(duì)GSM短信選課系統(tǒng)進(jìn)行了大量的調(diào)試和實(shí)驗(yàn)。在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，打開(kāi)下位機(jī)，并通過(guò)USB連接線將下位機(jī)與上位機(jī)相連。待下位機(jī)網(wǎng)絡(luò)搜索完成后，運(yùn)行該測(cè)試的應(yīng)用軟件，輸入授權(quán)碼，并進(jìn)行相應(yīng)端口號(hào)及通信速率的設(shè)置。設(shè)置完成后，通過(guò)手機(jī)短信、飛信等終端向系統(tǒng)發(fā)送符合協(xié)議要求及不符合協(xié)議要求的測(cè)試短信。通信協(xié)議的具體的格式為：學(xué)號(hào)+密碼+課程號(hào)，如學(xué)號(hào)為0907010118的學(xué)生密碼為 0907010118，要選的課程號(hào)為 123456789，則符合協(xié)議的發(fā)送內(nèi)容為09070101180907010118123456789。實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠按照設(shè)計(jì)的要求對(duì)發(fā)送內(nèi)容進(jìn)行正確處理。測(cè)試界面如圖5所示。大量測(cè)試實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，具備實(shí)際應(yīng)用的前景。

6 結(jié)束語(yǔ)

文中闡述了GSM短信選課系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程，并對(duì)其中所涉及關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的討論。針對(duì)高校網(wǎng)絡(luò)選課擁堵而引起的現(xiàn)代高校學(xué)生選課難的問(wèn)題，提出了一種有效的解決途徑。推行這種技術(shù)是緩解網(wǎng)絡(luò)選課效率低下的有效方法之一，同時(shí)可為參與選課人員提供更簡(jiǎn)單更人性化操作平臺(tái)。

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

圖5 GSM短信選課系統(tǒng)實(shí)物以及上位機(jī)界面Fig.5 Elective sytem based on GSM message and software GUI on the host

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