基于GSM的遠程智能溫控系統(tǒng)

摘要：介紹了一種以單片機為核心，基于GSM和CDMA網絡的遠程智能車載溫控系統(tǒng)。當停放于烈日之下的汽車車內溫度過高、光照過強時，本系統(tǒng)將自動向用戶發(fā)送溫度和光強超標的提示信息。用戶也可以隨時隨地利用GSM網絡通過本系統(tǒng)實時查詢車內的溫度、光強、空調、窗簾的狀態(tài)，并控制車內空調、窗簾的開關。從而達到降溫、遮光的效果。該設計實現了汽車用戶通過手機網絡對任意位置無限距離的車輛上溫度和車栽設備的狀態(tài)查詢以及修改控制。
關鍵詞：遠程；GSM／CDMA；智能；DS18B20

    本系統(tǒng)是根據日常生活汽車用戶反應，當夏天太陽猛烈時，停放于太陽之下的汽車車內溫度過高，致使車主進入車內駕駛時感覺車內空氣悶熱所設計的。該系統(tǒng)利用GSM遠程通信系統(tǒng)控制車內空調等器械運作。用戶通過短信形式達到人機互動，克服紅外線、無線等遠程控制距離短的問題，還可以實現實時監(jiān)控汽車的狀態(tài)，為車主提供便利。

1 系統(tǒng)原理與結構
1．1 系統(tǒng)功能介紹
    本系統(tǒng)能以10次／s的速度自動采集現場的環(huán)境溫度和光照強度、采集空調和窗簾的開閉狀態(tài)，并通過LCD液晶屏實時地顯示出來。溫度的感應范圍-55～+125℃，精度為±0．5℃。光強的強度范圍分為強、較強、中、較弱、弱5檔。空調和窗簾的狀態(tài)為開或者關。
    用戶可以通過手機或者小靈通等終端與GSM模塊連接的系統(tǒng)之間進行無線通信，通信范圍為移動網絡覆蓋的所有范圍，做到了真正的通信范圍無窮大。具體的通信為：
    1)當系統(tǒng)檢測到溫度和光強超過設定的標準值時，會自動的發(fā)送超標的中文提示短信至用戶的手機。
    2)用戶可以向系統(tǒng)發(fā)送中文短信，實時的查詢車內的溫度、光強、空調、窗簾的情況。
    3)用戶可以發(fā)送控制信號控制車內的3種動作：①拉上窗簾和拉開窗簾。拉窗簾是由單片機給予高電平給LG9110，驅動馬達，通過馬達正轉和反轉來實現拉上窗簾和拉開窗簾的動作。②啟動空調和停止空調。通過單片機給予LG9110高電平，驅動直流電機上的扇葉，以此來模擬汽車空調啟動和停止。③啟動發(fā)動機和停止。發(fā)動機用電動馬達模擬，通過單片機控制其轉動和停止模擬汽車發(fā)動機啟動與關閉。
1．2 系統(tǒng)方案
    本設計硬件電路包括電源模塊、控制模塊、溫度模塊、光強模塊、顯示模塊、電機驅動模塊和GSM通信模塊等7部分組成。各模塊之間的關系如圖1所示。

1．2．1 主控系統(tǒng)模塊
    主控系統(tǒng)模塊采用宏晶科技生產的基于51內核的STC89C516RD+單片機來完成信號采集、控制和通信功能，它有64 K的片內FLASH ROM和1280B的片內RAM資源，并具有51的內核，加密性很強，采用ISP下載的方式簡單易用，且存儲容量較大，很適合于做開發(fā)設計使用。
    在本設計中STC89C516RD+單片機擔當了控制核心，首先通過前向通道對外部的各種感應器進行數據采集，然后通過各輸入模塊不同的自適應算法將其與內部參考數據進行分析與比對，再通過GSM／CDMA網絡向汽車用戶發(fā)送警示短信，汽車用戶也可以通過GSM／CDMA網絡向系統(tǒng)發(fā)送查詢與控制的各種信息。
1．2．2 溫度模塊
    溫度模塊采用美國DALLAS公司生產的DS18B20一線式數字溫度傳感器。DS1820數字溫度計提供9位(二進制)溫度讀數指示器件的溫度信息，經過單線接口送入主機CPU，被測溫度值為-55～+125℃。溫度模塊與主控CPU的接口電路如圖2所示。

1．2．3 光強模塊
    光強模塊通過ADC0832將光敏電阻感應光強產生的模擬信號轉換為數字信號采樣至單片機，實現對車內光強數據的采集。
1．2．4 LCD顯示模塊
    顯示模塊采用帶中文字庫的LM6029 LCD顯示屏顯示輸出。LM6029點陣圖形液晶顯示模塊采用S680724控制器，點陣數128x64，自帶中文字庫，采用8 bit的并行接口與主控CPU相連，顯示模塊與主控CPU的接口電路如圖3所示。

1．2. 5 電機驅動模塊
    直流電機的驅動采用LG9110驅動芯片，它能通過控制線帶動直流電機的正、反轉，從而控制外部輸出設備的動作，電機驅動模塊與主控CPU的接口電路如圖4所示。
1．2. 6 GSM模塊
    GSM模塊采用西門子公司生產的TC35，具有中英文短信的收發(fā)功能。TC35是Siemeils公司推出的新一代無線通信GSM模塊。自帶RS232通訊接口，可以方便地與PC機、單片機連機通訊。可以快速、安全、可靠地實現系統(tǒng)方案中的數據、語音傳輸、短消息服務(Short Message Ser-vice)和傳真。TC35模塊的工作電壓為3．3～5．5V，可以工作在900MHz和1800MHz兩個頻段，所在頻段的功耗分別為2W(900M)和1W(1 800M)。
    TC35采用的是RS232的電平接口，可以與PC機直接相連。在本設計中，需要主控CPU的UART和TC35之間連接一個TTL轉RS232電平電路。
1．2．7 電源模塊
    電源模塊采用LM2576DC／DC直流降壓開關電源，能將+12 V的點煙器直流電壓降至+5 V和+3．3 V等多種直流電壓，以供電給其他模塊。
1．3 軟件流程
    本系統(tǒng)軟件分為4大部分。第一部分為DS18B20溫度傳感，需設定正確時序讀取和輸出信息；第二部分為光感傳感，用ADC0832將光敏電阻感應的模擬電壓值轉化成數字信號輸送給單片機；第三部分為LM6029顯示屏，通過單片機控制顯示車內的狀態(tài)；這三部分構成了主程序。第四部分為GSM模塊，單片機通過串口中斷接收和發(fā)送GSM模塊通信的信息。系統(tǒng)流程圖如圖5所示。

2 系統(tǒng)測試
2．1 測試方案
    系統(tǒng)測試采用逐個模塊調試和測試的方法。先用萬用表測試電源模塊的輸出是否為系統(tǒng)設計的3．3 V和5 V；再通過ISP下載測試單片機的最小系統(tǒng)；然后連接LCD模塊測試其是否能夠正常顯示；接下來連接光強傳感器和溫度傳感器測試溫度和光強是否與采集值成正比；再測試窗簾、空調、發(fā)動機模擬系統(tǒng)在電源模塊正常工作情況下能否正常工作；最后用PC機的串口調試和GSM模塊之間的串行通信。
    將整機系統(tǒng)連接好，電源模塊接上電源，重復以上步驟，通過移動電話發(fā)信息到GSM模塊當中，發(fā)送查詢指令，觀測移動電話機接收到的信息數據和LCD顯示屏顯示的數據和顯示中的數據是否相符合。發(fā)送控制指令，觀察系統(tǒng)是否按用戶要求轉動模擬發(fā)動機和空調、窗簾是否會自動拉上和關閉。通過以上測試，就可以判斷整機運行是否正常。
2．2 測試數據
    測試數據包括以下4部分：
    1)通過萬用表測試電源模塊的輸出正常，+5 V和+3．3 V的誤差在±0．1 V以內，接上所有負載后輸出的電流達到+2 A；
    2)通過設置不同的標準狀態(tài)值，測試到系統(tǒng)的超標自動發(fā)送短信至終端功能正常；
    3)通過終端發(fā)送查詢指令至系統(tǒng)，測試到移動電話接收到的信息數據和LCD顯示屏顯示的數據完全吻合；
    4)通過終端發(fā)送控制信息至系統(tǒng)，測試到電機所控制的空調和窗簾的動作與指令相同。
2．3 結果分析
    經過各項性能的測試，系統(tǒng)的指標和參數基本達到預期的效果，如果能考慮到實際的汽車上空調、發(fā)動機的接口，系統(tǒng)將更加完善，值得大面積的推廣。

3 結論
    本項目的特色具有如下兩個方面：
    1)系統(tǒng)能將車內的超標信息通過GSM網絡自動的傳送至用戶終端，也可以由用戶在車外遠程的查詢和控制，克服了用戶和車之間的距離所帶來的操作上的不便性；
    2)系統(tǒng)能自動采集車內的各項參數，自動的將其與用戶設定的標準參數相比較，超標時自動通知用戶，能自動識別用戶回發(fā)的查詢信息和控制信息，能根據回發(fā)的查詢信息發(fā)送實時的狀態(tài)，能將回發(fā)的控制信息自動轉換為控制指令，整個系統(tǒng)具有人工智能的特點。