基于MC37i的空調(diào)遠程控制系統(tǒng)設(shè)計

劉萌萌+王禎禎+李麗艷

摘 要 本文介紹一種基于MC37i的空調(diào)遠程控制系統(tǒng)，用戶可通過GSM發(fā)送短信息控制空調(diào)開關(guān)，并可實時監(jiān)控空調(diào)的狀態(tài)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、靈活性強、成本低廉。

關(guān)鍵詞 空調(diào)遠程控制 GSM MC37i

中圖分類號：TN 929.5 文獻標(biāo)識碼：A

0引言

隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的高速發(fā)展，人們對生活的便捷性、居住環(huán)境的安全性、舒適性要求越來越高。與此同時，智能家居伴隨互聯(lián)網(wǎng)和手機的普及，已悄然進入人們生活。如何建立一個高效率、低成本的智能家居已成為一個熱點問題。本文在分析現(xiàn)有智能家居控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于GSM的空調(diào)遠程控制系統(tǒng)，用戶僅使用手機收發(fā)短信即可實現(xiàn)對空調(diào)遠程操控。本設(shè)計具有成本低、效率高、實時性的特點，具備較好的市場前景。

1系統(tǒng)總體框架

本設(shè)計是用戶通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送短信息對家用電器進行遠程控制的，不但能對家電實時操控，也可收到家電狀態(tài)反饋，從而實現(xiàn)了對家電的智能化管理。因其操作簡單、成本低廉、靈活方便，也為高端網(wǎng)絡(luò)家電的大眾化提出一種新的思路，擁有較好的應(yīng)用前景。但GSM網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性相對有些差。

短信息的收發(fā)和對收到數(shù)據(jù)進行分析處理是本設(shè)計兩個基本功能。單片機通過AT指令控制MC37i接收、讀取來自用戶的信息，并根據(jù)信息內(nèi)容進行相關(guān)操作。此外，單片機亦可將電器當(dāng)前狀況以短信息的形式發(fā)給用戶，從而實現(xiàn)對家電的智能控制。系統(tǒng)整體框圖如圖1。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)的硬件設(shè)計包括單片機最小系統(tǒng)、GSM模塊及其外圍電路、空調(diào)控制電路等?？刂菩酒x擇ATMEL公司的ATmega8L，其主要功能為控制GSM模塊接收、分析短信，并根據(jù)短信內(nèi)容執(zhí)行命令，向用戶發(fā)送電器狀態(tài)、報警短信并控制相關(guān)繼電器動作。

2.1 GSM模塊及其外圍電路設(shè)計

本設(shè)計選擇西門子的MC37i芯片來實現(xiàn)無線通信功能，MC37i芯片主要負責(zé)短信息的收發(fā)、讀取。其電路設(shè)計主要包括：啟動電路、關(guān)閉電路、網(wǎng)絡(luò)指示信號電路、SIM卡電路。

本設(shè)計中MC37i啟動方案采用“管腳IGT”方式進入正常工作模式。MC37i上電后，當(dāng)管腳BATT+上電壓大于3.3V，且持續(xù)10ms，IGT置為低電平（注：IGT信號下降沿寬應(yīng)小于1ms）；持續(xù)100ms，啟動MC37i。根據(jù)時序圖要求，本系統(tǒng)設(shè)計了MC37i的啟動電路如圖2所示：

MC37i芯片有三種關(guān)閉方式：緊急關(guān)閉、自動關(guān)閉和正常關(guān)閉。緊急關(guān)閉模式適用于MC37i無法正常關(guān)閉的情況。自動關(guān)閉模式生產(chǎn)廠家設(shè)定的保護模式。正常關(guān)閉模式是單片機發(fā)送指令A(yù)T^SMSO到MC37i。該模式可在斷電前，保存數(shù)據(jù)，并發(fā)送關(guān)閉信息到單片機后進入Power Down模式。圖3用于判斷MC37i是否工作在Power Down模式。

MC37i的管腳SYNC有兩種工作模式，可通過指令A(yù)T^SSYNC=切換。模式0適用于功耗控制嚴格的系統(tǒng)；模式1可指示MC37i的工作狀態(tài)。本系統(tǒng)使用模式1。當(dāng)LED燈滅，MC37i處于關(guān)閉或休眠狀態(tài)；當(dāng)LDE600ms亮/600ms滅時，SIM卡沒插好或MC37i正在登錄；當(dāng)LDE75ms亮/3ms滅時，MC37i登錄成功，待機；當(dāng)LDE0.5ms亮/滅，數(shù)據(jù)傳輸；當(dāng)LDE亮，有來電。電路設(shè)計如圖4所示。

SIM卡是MC37i芯片入網(wǎng)的身份識別卡，內(nèi)部存儲了認證客戶的所有信息。MC37i只有插入SIM卡后才能入網(wǎng)。本設(shè)計所用的SIM卡為普通移動通信手機所使用。通信模塊MC37i的ZIF連接器提供與ISO 7816-3標(biāo)準(zhǔn)兼容的SIM卡接口電路，共有6個引腳。其中，CCVCC為SIM的電源接口；CCCLK為SIM卡的時鐘接口；CCGND接地；CCRST為復(fù)位接口；SIMIO為信號輸入輸出的串行數(shù)據(jù)線接口；CCIN可檢測SIM卡是否安裝在卡座內(nèi)。本設(shè)計的SIM卡電路如圖5所示。

2.2空調(diào)控制電路

本設(shè)計選用空調(diào)為智能家電研究對象?？照{(diào)可工作于制熱、制冷、通風(fēng)、除濕及自動運行等模式，本設(shè)計僅研究其制冷模式。

制冷模式，低壓低溫制冷劑被壓縮機吸收后，經(jīng)過其內(nèi)部的過熱蒸汽到達冷凝器。同時，被空調(diào)風(fēng)扇吸入室外空氣流也到達冷凝器，并對高壓過熱的制冷劑降溫，使其凝結(jié)成高壓液體。凝結(jié)的高壓液體經(jīng)毛細管降溫后到達蒸發(fā)器，與經(jīng)風(fēng)扇吸入的室內(nèi)空氣進行熱交換，之后將冷卻氣體送到室內(nèi)，以上是空調(diào)制冷過程。

當(dāng)空調(diào)工作時，傳感器將實時檢測室內(nèi)溫度，并將其發(fā)送至單片機，與系統(tǒng)設(shè)定值相比，若室溫與設(shè)定值有偏差，單片機發(fā)送指令控制壓縮機開啟、關(guān)閉。通過以上操作實現(xiàn)對室內(nèi)溫度的監(jiān)測、控制。本系統(tǒng)采用繼電器作為單片機控制壓縮機的執(zhí)行器件。

2.2.1溫度檢測電路

本設(shè)計溫度檢測器選用鎳鉻/鎳鋁熱電偶，能檢測0℃～1000℃的溫度，并轉(zhuǎn)換成4～20mA的電流信號，之后經(jīng)I/U變送器轉(zhuǎn)換成能被單片機識別的0～5V電壓信號。

2.2.2溫度控制電路

室溫是由單片機控制空調(diào)壓縮機啟動、停止實現(xiàn)的。繼電器為執(zhí)行器件，故實際上單片機是通過控制繼電器控制室溫。單片機輸出信號較弱，需經(jīng)三極管放大后才能驅(qū)動繼電器動作。電路圖設(shè)計如圖。單片機引腳PB5、PB6、PB7分別控制空調(diào)的四通閥、外風(fēng)機、壓縮機。

如需打開、關(guān)閉某一電器，單片機將相應(yīng)的I/O端口置為低電平或高電平，即可使相應(yīng)的繼電器動作，從而實現(xiàn)對相應(yīng)電器的啟?？刂?。據(jù)此本設(shè)計選擇的固態(tài)繼電器LR32053，無觸點開關(guān)；三極管DTC143X，開關(guān)速度較快。

繼電器控制電路為防止繼電器內(nèi)部電感產(chǎn)生反向電壓，設(shè)計一保護二極管并聯(lián)在繼電器控制端。因當(dāng)晶體管由導(dǎo)通變截至，繼電器線圈中電流減小而產(chǎn)生的自感電動勢，疊加上電源電壓會使三極管被擊穿，而二極管則起到泄放線圈自感電動勢的作用。

3 PC與MC37i通信

MC37i與PC機的信息交互是通過串口RS232實現(xiàn)的，系統(tǒng)后期調(diào)試也需通過串口進行。為測試連接是否成功，可通過串口調(diào)試助手V2.2打開相應(yīng)的端口。端口參數(shù)設(shè)置如下：串口、波特率置、校驗位置、數(shù)據(jù)位、停止位分別設(shè)置為“COM1”、“9600”、“無NONE”，、“8”、“1”。在串口調(diào)試助手發(fā)送區(qū)輸入“AT”，返回“OK”，則PC與MC37i連接成功。

4短信息的收發(fā)過程操作

本設(shè)計采用的通信芯片MC37i可實現(xiàn)三種短信息收發(fā)模式，分別為：Text、block、PDU。本設(shè)計采用能支持中英文短信息收發(fā)的PDU模式。當(dāng)前手機大多采用此模式為默認編碼方式。PDU編碼過程較復(fù)雜，本文不再詳談。

4.1 AT指令

AT指令是單片機與MC37i通信的語言。單片機通過串口向MC37i發(fā)生AT指令，使其接受、讀取、發(fā)送短信息，從而實現(xiàn)與用戶信息交互的功能。MC37i所使用的AT指令嚴格執(zhí)行ETSI制定的GSM07.05標(biāo)準(zhǔn)，能與普通手機進行通信。表1僅列舉本文所用的指令。

4.2測試

將SIM卡插入卡座，給系統(tǒng)上電，觀察LED燈狀態(tài)，確保MC37i處在正常工作狀態(tài)，使用串口數(shù)據(jù)線連接PC和GSM模塊。 4.2.1信息發(fā)送

首先，雙擊串口調(diào)試助手。在發(fā)送區(qū)輸入指令，帶下劃線的為返回結(jié)果。

（1）AT〈Enter〉；OK；PC與MC37i已正常通信；

（2）AT+CMGF=0〈Enter〉；OK；短信模式定義為PDU；

（3）AT+CMGS=23〈Enter〉；OK；短信長度為23；

（4）發(fā)送“0891683108301705F011000D91685179788857

F6000900088FDC7A0B63A75236”；+CMGS：1 OK

（5）幾秒后，對方手機接受到字符對應(yīng)信息“遠程控制”。

4.2.2信息接收（用手機號碼為+8615978788756給GSM模塊發(fā)送“空調(diào)”）c

（1）接受區(qū)收到“+CMTI：”MT”5”，表示信息收到，存儲編號為5；

（2）發(fā)送區(qū)輸入“AT+CMGR=5”，讀取存儲編號為5的短信內(nèi)容。

（3）接收區(qū)收到字符“0891683108301705F0840D91685179788857

F60008312131801580067A78C03”。經(jīng)解碼為“空調(diào)”。

本系統(tǒng)使用PC通過串口調(diào)試助手與系統(tǒng)進行通信，來檢測系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性。

5小結(jié)

本設(shè)計能通過GSM收發(fā)短信，并可對空調(diào)狀態(tài)進行監(jiān)測，具有操作簡便、成本低、靈活性強等優(yōu)點。本設(shè)計為智能家居的一個分支，并已通過測試，擁有較好的應(yīng)用前景。

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