浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 楊世杰

1.系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)功能介紹

本系統(tǒng)能以1O次/s的速度自動采集現(xiàn)場的環(huán)境溫度和光照強度、采集空調(diào)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±O.5℃。光強的強度范圍分為強、較強、中、較弱、弱5檔。空調(diào)和窗簾的狀態(tài)為開或者關(guān)。

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(wǎng)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(shè)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+++++++++++++++的溫度、光強、空調(diào)、窗簾的情況。

（3）用戶可以發(fā)送控制信號控制室內(nèi)的2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LG911O，驅(qū)動馬達，通過馬達正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)拉上窗簾和拉開窗簾的動作。②啟動空調(diào)和停止空調(diào)。通過單片機給予LG911O高電平，驅(qū)動直流電機上的扇葉，以此來模擬空調(diào)啟動和停止。

1.2 系統(tǒng)方案

本設(shè)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(qū)動模塊和GSM通信模塊等7部分組成。各模塊之間的關(guān)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(chǎn)的基于51內(nèi)核的STC89C516RD+單片機來完成信號采集、控制和通信功能，它有64K的片內(nèi)FLASHROM和128OB的片內(nèi)RAM資源，并具有51的內(nèi)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(shè)計使用。

在本設(shè)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(shù)據(jù)采集，然后通過各輸入模塊不同的自適應算法將其與內(nèi)部參考數(shù)據(jù)進行分析與比對，再通過GSM/CDMA網(wǎng)絡向用戶發(fā)送警示短信，用戶也可以通過GSM/CDMA網(wǎng)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(chǎn)的DS18B2O一線式數(shù)字溫度傳感器。DS182O數(shù)字溫度計提供9位（二進制）溫度讀數(shù)指示器件的溫度信息，經(jīng)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ADCO832將光敏電阻感應光強產(chǎn)生的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號采樣至單片機，實現(xiàn)對室內(nèi)光強數(shù)據(jù)的采集。

1.2.4 LCD顯示模塊

顯示模塊采用帶中文字庫的LM6O29LCD顯示屏顯示輸出。LM6O29點陣圖形液晶顯示模塊采用S68O724控制器，點陣數(shù)128x64，自帶中文字庫，采用8bit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(qū)動模塊

直流電機的驅(qū)動采用LG911O驅(qū)動芯片，它能通過控制線帶動直流電機的正、反轉(zhuǎn)，從而控制外部輸出設(shè)備的動作，電機驅(qū)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(chǎn)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?？梢钥焖?、安全、可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務（ShortMessageSer-vice）和傳真。TC35模塊的工作電壓為3.3～5.5V，可以工作在9OOMHz和18OOMHz兩個頻段，所在頻段的功耗分別為2W（9OOM）和1W（18OOM）。

TC35采用的是RS232的電平接口，可以與PC機直接相連。在本設(shè)計中，需要主控CPU的UART和TC35之間連接一個TTL轉(zhuǎn)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(guān)電源，能將+12V的點煙器直流電壓降至+5V和+3.3V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DS18B2O溫度傳感，需設(shè)定正確時序讀取和輸出信息；第二部分為光感傳感，用ADCO832將光敏電阻感應的模擬電壓值轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號輸送給單片機；第三部分為LM6O29顯示屏，通過單片機控制顯示室內(nèi)的狀態(tài)；這三部分構(gòu)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(diào)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(shè)計的3.3V和5V；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(diào)、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(diào)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(shù)據(jù)和LCD顯示屏顯示的數(shù)據(jù)和顯示中的數(shù)據(jù)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(zhuǎn)動模擬發(fā)動機和空調(diào)、窗簾是否會自動拉上和關(guān)閉。通過以上測試，就可以判斷整機運行是否正常。

圖1 系統(tǒng)方框圖

圖2 溫度模塊接口圖

圖3 液晶顯示模塊接口圖

圖4 電機驅(qū)動模塊接口圖

圖5 系統(tǒng)軟件流程圖

2.2 測試數(shù)據(jù)

測試數(shù)據(jù)包括以下4部分：

（1）通過萬用表測試電源模塊的輸出正常，+5V和+3.3V的誤差在±O.1V以內(nèi)，接上所有負載后輸出的電流達到+2A；

（2）通過設(shè)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(shù)據(jù)和LCD顯示屏顯示的數(shù)據(jù)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(diào)和窗簾的動作與指令相同。

2.3 結(jié)果分析

經(jīng)過各項性能的測試，系統(tǒng)的指標和參數(shù)基本達到預期的效果，如果能考慮到實際的能效，系統(tǒng)將更加完善，值得大面積的推廣。

3.結(jié)論

本項目的特色具有如下兩個方面：

（1）系統(tǒng)能將室內(nèi)的超標信息通過GSM網(wǎng)絡自動的傳送至用戶終端，也可以由用戶在遠程的查詢和控制，克服了用戶和房間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(nèi)的各項參數(shù)，自動的將其與用戶設(shè)定的標準參數(shù)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(jù)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(zhuǎn)換為控制指令，整個系統(tǒng)具有人工智能的特點。