一種汽車空調(diào)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

   隨著無線通信、信息傳感技術(shù)的迅猛發(fā)展和日漸成熟， 通過信息傳感設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)將物品聯(lián)接成物聯(lián)網(wǎng)， 以實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理為目標(biāo)的服務(wù)已成為可能。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用越來越廣泛， 近年來引起學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛重視， 目前已成為全球的熱點(diǎn)問題， 許多國家都將物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提高到國家級(jí)的戰(zhàn)略高度， 本文就是從物聯(lián)網(wǎng)的角度出發(fā)提出一種以GSM 無線網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)， 通過溫度傳感器， 將用戶手機(jī)、汽車空調(diào)組合成一個(gè)小型物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)。現(xiàn)代汽車中的空調(diào)一般是利用手工進(jìn)行控制的，空調(diào)只有等到司機(jī)進(jìn)入駕駛室才能開啟或關(guān)閉，這就使得在炎熱的夏天或寒冷的冬天， 剛進(jìn)入車內(nèi)時(shí)由于空調(diào)沒有開啟，人會(huì)感覺到異常的燥熱或寒冷，因此設(shè)計(jì)和制造出能監(jiān)控車內(nèi)溫度并根據(jù)監(jiān)測到的溫度情況來進(jìn)行提前遠(yuǎn)程控制開啟車內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備便提到人們?nèi)粘Ｉ畹淖h事日程上來，本設(shè)計(jì)就是為滿足這一要求而提出來的。

　　1 系統(tǒng)的組成和工作原理

　　系統(tǒng)是由兩大部分組成， 一部分是由STC89C52RC單片機(jī)為中心的溫度采集和繼電器控制部分， 另一部分是以GSM 移動(dòng)通信網(wǎng)、TC35I 和用戶手機(jī)組成的數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸部分。系統(tǒng)的組成框圖見圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)組成方框圖

　　系統(tǒng)的工作原理是： 用戶通過手機(jī)發(fā)一條溫度查詢指令， 指令以短消息的方式通過GSM 短信息服務(wù)中心發(fā)送到安裝在車內(nèi)的TC35I， 模塊接收到指令后通過串口把指令傳送到STC89C52RC 單片機(jī)， 單片機(jī)啟動(dòng)DS18B20 采集車內(nèi)溫度信息， 再通過單片機(jī)和TC35I 把采集到的溫度信息通過GSM 短信息服務(wù)中心傳回到用戶手機(jī)上， 如果車內(nèi)溫度過高或過低， 則用戶可通過指令控制車內(nèi)繼電器開關(guān)來開啟車內(nèi)空調(diào)從而達(dá)到致冷或致熱的效果。

　　2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分包括微控制器模塊、DS18B20溫度采集模塊、繼電路開關(guān)控制模塊、電源模塊和TC35I模塊。

　　2.1 微控制器模塊

　　微控制器模塊主要完成溫度的采集、繼電器開關(guān)的控制及和TC35I 的串口通信等?？紤]到模塊的驅(qū)動(dòng)能力、功耗及性價(jià)比等因素， 系統(tǒng)采用宏晶公司的STC89C52RC 芯片， 該款芯片具有功耗低、控制和抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。微控制器具有8 KB 的FlashROM 存儲(chǔ)器，512 B 的RAM 和2 KB 的EEPROM 存儲(chǔ)器， 內(nèi)部還集成了看門狗電路和UART， 具有在系統(tǒng)編程和在應(yīng)用編程的功能， 無需專門的仿真器和編程器，因此選用該款控制器可以為本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來很大的便利。

　　2.2 溫度采集模塊

　　系統(tǒng)中的溫度采集模塊采用DALLAS 公司生產(chǎn)的高精度、高可靠性的DS18B20 溫度傳感器， 它具有體積小、硬件開銷低、抗干擾能力強(qiáng)、精度高的特點(diǎn)， 采用單總線數(shù)據(jù)通信， 全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出， 最高12 位分辨率，精度可達(dá)±0.5℃， 檢測溫度范圍為-55℃~+125℃， 因此它能滿足本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。DS18B20 與微控制器的連接電路見圖2 所示。

圖2 STC89C52RC 微控制器模塊和DS18B20 的連接電路圖

　　2.3 繼電器開關(guān)控制模塊

　　繼電器開關(guān)模塊由TLP521 -4 、ULN2803 和SRD -12VDC 及三極管構(gòu)成， 由微控制器輸出的信號(hào)經(jīng)過三極管構(gòu)成的開關(guān)電路送往TLP521 -4 光耦芯片再通過ULN2803 達(dá)林頓管的放大后用來驅(qū)動(dòng)SRD-12DC 繼電器， 進(jìn)而達(dá)到控制空調(diào)的各種開關(guān)的作用， 繼電器開關(guān)控制模塊與微控制器的電路連接圖如圖3 所示。

圖3 繼電器控制模塊電路圖

　　2.4 TC35I 模塊

　　TC35I 模塊是Simens 推出的一款雙頻900/1800 MHz高度集成的GSM 模塊。它設(shè)計(jì)小巧、功耗很低， 可以為很多通信應(yīng)用提供經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。它支持EGS900 和GSM1800 雙頻， 數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?nèi)容支持語音、數(shù)據(jù)、短消息和傳真服務(wù)， 通信接口采用RS232（ 指令和數(shù)據(jù)的雙向傳送），供電電源采用單電源3.3 V~5.5 V 的電壓， 適用的范圍包括： 便攜電腦的低功耗通信設(shè)備、遙測遙感、遠(yuǎn)程信息處理和通信等工業(yè)領(lǐng)域。本系統(tǒng)中TC35I 與微控制器的電路連接圖如圖4 所示。

圖4 TC35I 模塊電路連接圖

　　2.5 電源模塊

　　系統(tǒng)電源模塊采用了LM78L05 和LM2941S 兩芯片將外部12 V 的直流供電電壓轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需要的5 V和4.2 V 的電壓， 電源連接電路圖如圖5 所示。

圖5 電源連接電路圖

　　3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的軟件模塊部分主要包括GSM 通信模塊、DS18B20 溫度采集模塊和繼電器開關(guān)控制模塊部分的軟件設(shè)計(jì)， 系統(tǒng)的工作流程如圖6 所示。

圖6 系統(tǒng)工作流程圖

　　3.1 GSM 通信模塊的程序設(shè)計(jì)

　　GSM 通信模塊的程序則由TC35I 通過微控制器的串口發(fā)送與GSM 短信息有關(guān)AT 指令來和用戶手機(jī)進(jìn)行交互的， 其具體的工作流程如圖7 所示， 另外本系統(tǒng)中執(zhí)行的AT 指令[ 2 ，5]如表1 所示。

表1 系統(tǒng)中執(zhí)行的AT 指令

　　3.2 DS18B20 溫度采集模塊的程序設(shè)計(jì)

　　溫度采集模塊部分的程序設(shè)計(jì)也主要由微控制器通過單總線的方式來完成DS18B20 的初始化并根據(jù)用戶手機(jī)發(fā)過來的指令讀取溫度信息并反饋給用戶手機(jī)，其工作流程圖如圖8 所示。

　　繼電器開關(guān)控制部分的軟件設(shè)計(jì)主要是根據(jù)用戶從手機(jī)發(fā)過來的開關(guān)指令， 由微控制器通過置位或復(fù)位相關(guān)的端口來達(dá)到的。

圖7 TC35I 工作流程圖

圖8 DS18B20 工作流程圖

　　本文提出了一種以GSM 短信息中心為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程汽車空調(diào)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法， 經(jīng)實(shí)際的制作和調(diào)試驗(yàn)證， 該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行， 該系統(tǒng)還具有擴(kuò)展方便、無線傳輸距離遠(yuǎn)，可廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)距離控制領(lǐng)域。