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(tái)站，全區(qū)地面數(shù)字電視人口覆蓋率達(dá)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(hào)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(jī)房的各類電氣、電子設(shè)備在正常工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量會(huì)導(dǎo)致機(jī)房溫度不斷升高，特別是對(duì)于機(jī)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(gè)溫度適宜的環(huán)境下長期穩(wěn)定可靠地運(yùn)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(tái)站普遍配備兩臺(tái)空調(diào)，但是兩臺(tái)空調(diào)沒有進(jìn)行有效的控制，要么兩臺(tái)空調(diào)同時(shí)開機(jī)，要么一臺(tái)常開，另一臺(tái)常關(guān)，常開的由于一直開機(jī)，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(tái)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(dòng)啟動(dòng)，這種運(yùn)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(jì)的空調(diào)控制系統(tǒng)通過機(jī)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(shí)現(xiàn)對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站兩臺(tái)空調(diào)的實(shí)時(shí)自動(dòng)控制，能較好地解決該問題。

二、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

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(bào)警模塊等。整個(gè)系統(tǒng)以控制器模塊為核心，通過控制其他的各個(gè)外圍功能模塊的工作，使整個(gè)系統(tǒng)能達(dá)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(jī)程序設(shè)置開機(jī)溫度、關(guān)機(jī)溫度、單臺(tái)或多臺(tái)空調(diào)循環(huán)切換模式、循環(huán)切換時(shí)間等、接收短信手機(jī)號(hào)碼、系統(tǒng)短信告警時(shí)間、短信內(nèi)容等，當(dāng)機(jī)房溫度高于或是低于設(shè)定的開、關(guān)機(jī)溫度時(shí)，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(jī)或關(guān)機(jī)[2,3]。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)微控制器電路

本文設(shè)計(jì)的空調(diào)控制器以STM32F103RBT6單片機(jī)為核心處理器，該處理器外部時(shí)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(yùn)行速度能達(dá)到1.25MIPS/MHz，能滿足機(jī)房溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測的要求；同時(shí)該處理器擁有3個(gè)最高速度為18Mbit/s的SPI接口，3個(gè)最高傳輸速度可達(dá)4.5Mbit/s的USART接口，能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)控制電路一樣，最主要的是包含時(shí)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(gè)復(fù)位電路、時(shí)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(shí)鐘電路主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位及系統(tǒng)工作時(shí)晶振的正常起振并提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的時(shí)鐘信號(hào)源，本設(shè)計(jì)采用8MHz的外部無源晶振作為主時(shí)鐘信號(hào)。

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(shí)時(shí)多點(diǎn)監(jiān)測鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)射臺(tái)站機(jī)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(shí)精度為±0.5℃，測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線”串行傳送給控制器模塊，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有較強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力，另外，該坐傳感器還支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以關(guān)聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)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(shí)現(xiàn)用戶手機(jī)與SIM900A遠(yuǎn)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(jì)

系統(tǒng)軟件采用模塊化的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)對(duì)各主要功能模塊進(jìn)行初始化之后，進(jìn)入溫度檢測模式，當(dāng)溫度檢測模塊采集到的機(jī)房溫度高于設(shè)定閾值時(shí)，系統(tǒng)延遲一段時(shí)間不發(fā)出控制指令，如果在該段延遲時(shí)間段內(nèi)機(jī)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(jī)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(duì)相應(yīng)設(shè)備以及環(huán)境中的溫度參數(shù)進(jìn)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(shí)時(shí)顯示；

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

4.當(dāng)機(jī)房環(huán)境溫度介于26℃至36℃的時(shí)候僅開啟單臺(tái)空調(diào)，并且按照每72小時(shí)進(jìn)行輪流工作；

5.當(dāng)機(jī)房環(huán)境溫度大于36℃的時(shí)候開啟兩臺(tái)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(jī)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(jī)的設(shè)計(jì)制作后，經(jīng)過多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站的試運(yùn)行，運(yùn)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(dòng)啟動(dòng)以及多臺(tái)空調(diào)無法根據(jù)機(jī)房實(shí)際溫度自動(dòng)開關(guān)機(jī)以降低能耗的問題。本設(shè)計(jì)建立了較為完善的發(fā)射機(jī)房溫度環(huán)境智能化控制系統(tǒng)，確保鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站機(jī)房溫度環(huán)境得到有效控制，同時(shí)提高空調(diào)的使用效率以及使用壽命。