一種基于STM32的發(fā)射機房空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

蔣軍 梁光發(fā) 周曉亮

（廣西廣播電視技術(shù)中心桂林分中心）

一、引言

廣西壯族自治區(qū)地處云貴高原東南邊緣，轄區(qū)內(nèi)多為喀斯特地貌，高山、丘陵眾多，截至2018年底區(qū)內(nèi)總共建成開播了699座鄉(xiāng)鎮(zhèn)廣播電視發(fā)射臺站，全區(qū)地面數(shù)字電視人口覆蓋率達80%以上，承擔(dān)著中央、省、市、縣節(jié)目的調(diào)頻以及數(shù)字電視信號覆蓋，是黨和地方政府的重要喉舌，是輿論宣傳的重要陣地[1]。該類鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)射機房的各類電氣、電子設(shè)備在正常工作時所產(chǎn)生的熱量會導(dǎo)致機房溫度不斷升高，特別是對于機房內(nèi)發(fā)熱量大的設(shè)備，為了保持工作環(huán)境的穩(wěn)定，提高設(shè)備使用壽命，使其在一個溫度適宜的環(huán)境下長期穩(wěn)定可靠地運行就顯得非常重要，這在夏季高溫季節(jié)尤為明顯。目前鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺站普遍配備兩臺空調(diào)，但是兩臺空調(diào)沒有進行有效的控制，要么兩臺空調(diào)同時開機，要么一臺常開，另一臺常關(guān)，常開的由于一直開機，出故障的幾率較大，當(dāng)常開空調(diào)出故障無法制冷，而另一臺又是常關(guān)的，這樣空調(diào)就無法起到設(shè)備制冷的目的了，并且如果停電再來電，空調(diào)無法自動啟動，這種運行模式無論從故障率方面還是設(shè)備的有效使用上面使用效果均有所欠缺。而本文設(shè)計的空調(diào)控制系統(tǒng)通過機房內(nèi)部溫度相關(guān)數(shù)據(jù)的采集以及紅外傳感器模塊實現(xiàn)對鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺站兩臺空調(diào)的實時自動控制，能較好地解決該問題。

二、系統(tǒng)方案設(shè)計

如圖1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖所示，本系統(tǒng)主要包括溫度檢測模塊、控制器模塊、紅外傳感器模塊、顯示模塊、GSM模塊、鍵盤模塊、電源模塊以及聲光報警模塊等。整個系統(tǒng)以控制器模塊為核心，通過控制其他的各個外圍功能模塊的工作，使整個系統(tǒng)能達到預(yù)定的功能，系統(tǒng)工作過程為：用戶通過鍵盤模塊或者上位機程序設(shè)置開機溫度、關(guān)機溫度、單臺或多臺空調(diào)循環(huán)切換模式、循環(huán)切換時間等、接收短信手機號碼、系統(tǒng)短信告警時間、短信內(nèi)容等，當(dāng)機房溫度高于或是低于設(shè)定的開、關(guān)機溫度時，控制器模塊向紅外傳感器模塊發(fā)出控制指令，控制相應(yīng)空調(diào)的開機或關(guān)機[2,3]。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計

（一）系統(tǒng)微控制器電路

本文設(shè)計的空調(diào)控制器以STM32F103RBT6單片機為核心處理器，該處理器外部時鐘晶振頻率范圍為4MHz~16MHz，通過其內(nèi)部鎖相環(huán)PLL(倍頻可選擇2~6倍)，最大可以倍頻到72MHz，運行速度能達到1.25MIPS/MHz，能滿足機房溫度實時監(jiān)測的要求；同時該處理器擁有3個最高速度為18Mbit/s的SPI接口，3個最高傳輸速度可達4.5Mbit/s的USART接口，能滿足系統(tǒng)設(shè)計中各外圍器件的接口要求。STM32F103RBT6微控制器的控制電路和其他的單片機控制電路一樣，最主要的是包含時鐘電路和復(fù)位電路。如圖2所示，為該微控制器模塊主控電路的原理圖，該模塊主要包括一個復(fù)位電路、時鐘電路（又稱晶振電路）及外圍模塊的接口，其中復(fù)位電路及時鐘電路主要實現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位及系統(tǒng)工作時晶振的正常起振并提供一個穩(wěn)定可靠的時鐘信號源，本設(shè)計采用8MHz的外部無源晶振作為主時鐘信號。

圖2 微控制器模塊電路原理圖

（二）溫度采集電路

溫度檢測模塊采用DS18B20溫度傳感器，用于實時多點監(jiān)測鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)射臺站機房設(shè)備以及環(huán)境的溫度，DS18B20硬件電路連接圖如圖3所示。該傳感器測溫范圍為-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃時精度為±0.5℃，測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給控制器模塊，同時可傳送CRC校驗碼，具有較強的抗干擾糾錯能力，另外，該坐傳感器還支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以關(guān)聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫[2，3]。

圖3 DS18B20硬件電路連接圖

（三）GSM模塊電路

GSM模塊采用SIM900A，通過RS232串行異步通信接口，將STM32控制器模塊與SIM900A的TXD（發(fā)送端）、RXD（接收端）相連組成串口通信，控制SIM900A，實現(xiàn)用戶手機與SIM900A遠程通信功能，通信速率可自行設(shè)定，本系統(tǒng)設(shè)置為9600bps。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件采用模塊化的思路進行設(shè)計，系統(tǒng)對各主要功能模塊進行初始化之后，進入溫度檢測模式，當(dāng)溫度檢測模塊采集到的機房溫度高于設(shè)定閾值時，系統(tǒng)延遲一段時間不發(fā)出控制指令，如果在該段延遲時間段內(nèi)機房溫度下降到原來設(shè)定閾值以下則溫度檢測模塊繼續(xù)測量機房溫度[4]。本控制器工作流程圖如圖4所示，具體方案工作過程如下：

1.由溫度檢測模塊對相應(yīng)設(shè)備以及環(huán)境中的溫度參數(shù)進行采樣；

2.控制器模塊和溫度檢測模塊通信，獲得采樣數(shù)據(jù)并通過顯示屏實時顯示；

3.根據(jù)溫度檢測模塊測得的溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)機房環(huán)境溫度小于26℃的時候關(guān)閉2臺空調(diào)；

4.當(dāng)機房環(huán)境溫度介于26℃至36℃的時候僅開啟單臺空調(diào)，并且按照每72小時進行輪流工作；

5.當(dāng)機房環(huán)境溫度大于36℃的時候開啟兩臺空調(diào)直至環(huán)境溫度下降，一般用于夏天停電導(dǎo)致的機房高溫。

圖4 系統(tǒng)工作流程圖

五、應(yīng)用效果與結(jié)論

完成了該控制系統(tǒng)樣機的設(shè)計制作后，經(jīng)過多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺站的試運行，運行結(jié)果表明該控制系統(tǒng)能有效地解決供電系統(tǒng)停電再來電后空調(diào)無法自動啟動以及多臺空調(diào)無法根據(jù)機房實際溫度自動開關(guān)機以降低能耗的問題。本設(shè)計建立了較為完善的發(fā)射機房溫度環(huán)境智能化控制系統(tǒng)，確保鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺站機房溫度環(huán)境得到有效控制，同時提高空調(diào)的使用效率以及使用壽命。