摘 要: 本文設(shè)計并實現(xiàn)了一個基于通信控制器的遠程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過使用中央空調(diào)機組控制器、GSM/GPRS通信控制器和位于Internet網(wǎng)絡(luò)中的中心服務(wù)器，來完成空調(diào)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)的監(jiān)測、采集和存儲。采用JSP技術(shù)將工作數(shù)據(jù)以Web網(wǎng)頁的形式發(fā)布，并提供了網(wǎng)頁交互管理功能來完成遠程管理控制，另外還可使用手機短消息方式，來共同實現(xiàn)遠程控制。 關(guān)鍵字: 遠程控制; 通信控制器; Internet 1 引言 　　近些年來，隨著國際國內(nèi)中央空調(diào)制冷行業(yè)的快速發(fā)展，各種制冷新技術(shù)相繼出現(xiàn)，這些技術(shù)在提高空調(diào)設(shè)備制冷性能的同時，也降低了空調(diào)的生產(chǎn)成本，而中央空調(diào)是其中最具代表性的一類產(chǎn)品。將無線通信技術(shù)與中央空調(diào)的監(jiān)測控制結(jié)合起來，不僅能實現(xiàn)對中央空調(diào)運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)的遠程實時監(jiān)測，也能實現(xiàn)對機組的遠程控制。 2 遠程控制系統(tǒng)的總體設(shè)計 　　本文為實現(xiàn)中央空調(diào)的遠程控制，設(shè)計了一種基于通信控制器的遠程控制系統(tǒng)，總體上是通過GSM/GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用SMS（短消息）技術(shù)和GPRS（通用分組無線業(yè)務(wù)）技術(shù)，將分布在不同地域的中央空調(diào)設(shè)備、中心服務(wù)器和管理者聯(lián)系起來，以位于Internet網(wǎng)絡(luò)中的中心服務(wù)器為核心，達到將中央空調(diào)的工作狀態(tài)監(jiān)測信息和對中央空調(diào)的控制設(shè)置信息在系統(tǒng)中快速傳遞的目的，形成了一個對中央空調(diào)遠程控制的完整平臺。針對中央空調(diào)設(shè)備的特點和實際使用情況，本系統(tǒng)由中央空調(diào)機組控制器、GSM/GPRS通信控制器和Internet中心服務(wù)器三個部分組成。 3 遠程控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn) 　　整個基于通信控制器的遠程控制系統(tǒng)的硬件部分主要由中央空調(diào)機組控制器、MSP430F147、GSM/GPRS模塊、通信接口和DC-DC電源轉(zhuǎn)換器等部分組成。圖1為系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖。其中單片機（MSP430F147）是數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹袠校ㄟ^RS-85總線接口與中央空調(diào)機組控制器進行數(shù)據(jù)通信。以中斷方式對數(shù)據(jù)進行接收和處理后，控制GSM/GPRS無線通信模塊進行與中心服務(wù)器/管理者手機之間的信息收發(fā)，從而完成系統(tǒng)的遠程控制功能。 [align=center] 圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖[/align] 　　3.1 機組控制器與機組控制器選型 　　本系統(tǒng)中的機組控制器采用HAC系列中央空調(diào)控制器。該系列中央空調(diào)控制器具有通用、可調(diào)整參數(shù)、可擴展功能和可遠程控制的特點。不僅一種控制器可以實現(xiàn)多種功能，而且可以任意擴展不同的控制模塊，應(yīng)用方便，也便于采購和維護。 　　一些無線通信設(shè)備生產(chǎn)廠家把通信產(chǎn)品的核心部分，包括單片機、電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲、控制與顯示、語音處理等功能單元，特別是把技術(shù)難度最大的高頻電路部分和射頻部分都集成在無線通信模塊內(nèi)部。法國WAVEECOM公司的Q2400系列（Q2403、Q2406）GPRS/GSM無線通信模塊是基于GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)傳模塊。模塊能夠支持語音、數(shù)據(jù)、傳真等功能。在GPRS不可用的地區(qū)，還可以通過GSM短消息傳輸數(shù)據(jù)。 　　3.2 單片機接口電路設(shè)計與實現(xiàn) 　　系統(tǒng)選用美國德州儀器公司的一款超低功耗的Flash型混合信號處理器MSP430F147。圖2為通信控制器接口電路原理圖。 [align=center] 圖2 通信控制器接口電路原理圖[/align] 　　單片機與MAX485間的連線主要有三條，兩條負責(zé)串行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，即MSP430F147的P3.4（UTXDO串行口0發(fā)送數(shù)據(jù)端）與MAX485的Dl（驅(qū)動器輸入端）相連，用于單片機的數(shù)據(jù)輸出。P3.5（URXDO串行口0接收數(shù)據(jù)端）與MAX485的RO（接收器輸出端）相連，用于單片機的數(shù)據(jù)輸入。另外，由于MAX485模塊采用的是半雙工通信方式，因此需要單片機的引腳 P3.3作控制信號，連接MAX485的RE和DE端，控制其處于接收還是發(fā)送狀態(tài)。單片機與Q2406B之間雖然通過一60腳的通用接口相連，但由于在本系統(tǒng)中只使用到Q2406B所提供功能中的一小部分，因此實際上也只用到了其中的部分引腳。 　　另外Q2406B模塊與SIM卡之間也有一些引腳相連，主要有SIMVCC、SIMRST、SIMCLK、SIMDATA、SIMPRES等信號線，用以完成與SIM卡之間的數(shù)據(jù)傳輸。 　　3.3 通信控制器電源部分的設(shè)計與實現(xiàn) 　　對于單片機應(yīng)用系統(tǒng)來說，電源是很重要的動力部分，電源輸出電壓的精確性和穩(wěn)定性對整個系統(tǒng)的工作起著至關(guān)重要的作用。在本系統(tǒng)的GSM/GPRS通信控制器中，所選用的單片機MSP430F147的工作電源為1.8V-3.6V，而無線通信模塊Q2406B的工作電源為3.3V-4.5V，考慮到Q2406B模塊在功率發(fā)射時會產(chǎn)生一定的壓降，因此選擇3.6V的工作電壓比較合適。這樣，GSM/GPRS控制器部分僅需單一電壓電源供電即可，降低了系統(tǒng)復(fù)雜性，更有利于實現(xiàn)系統(tǒng)低功耗，同時也提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性 　　GSM/GPRS通信控制器由外部輸入9-12V直流電壓（可從前端中央空調(diào)機組控制器電路取電），經(jīng)LM2576T ADJ降壓后輸出3.6V電壓VCC供系統(tǒng)使用。圖3為通信控制器電源部分的電路原理圖。 [align=center] 圖3 通信控制器電源電路原理圖[/align] 　　由電路原理圖可見，本系統(tǒng)所采用的電源具有電路簡潔、外圍元器件少的特點，這樣既簡化了線路設(shè)計，又節(jié)省了空間，同時器件數(shù)目減少也有助于提高整個系統(tǒng)的可靠性。 4 遠程控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計與實現(xiàn) 　　本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括兩大部分，即GSM/GPRS通信控制器部分的程序設(shè)計和中心服務(wù)器端的服務(wù)器程序設(shè)計，這兩大部分分別完成不同的功能，又互相配合共同完成對中央空調(diào)的遠程控制功能。 　　4.1 GSM/GPRS通信控制器的程序設(shè)計與實現(xiàn) 　　GSM/GPRS通信控制器部分的程序設(shè)計實際上就是單片機內(nèi)嵌程序的編寫和調(diào)試。在編程調(diào)試時我們使用了瑞典 IAR Systems公司針對MSP430的開發(fā)平臺 IAR Embedded Workbench EW430（簡稱EW430），該平臺功能非常強大、內(nèi)建MSP430特性擴展優(yōu)化、內(nèi)部函數(shù)支持低功耗模式、支持C和匯編語言混合編程，特別適合于MSP430系列單片機的嵌入式開發(fā)應(yīng)用。 [align=center] 圖4 系統(tǒng)主程序流程圖[/align] 　　主程序主要負責(zé)系統(tǒng)的初始化，包括單片機時鐘設(shè)置、端口工作方式設(shè)置、串口設(shè)置（波特率、中斷允許等）、默認系統(tǒng)數(shù)據(jù)的恢復(fù)（如時間設(shè)置、標(biāo)志位清零等）、GPRS模塊的初始化、中斷初始化等等，然后反復(fù)查詢SIM卡網(wǎng)絡(luò)注冊情況，直到注冊成功，接著建立 GPRSTCP連接，進入TCP數(shù)據(jù)傳輸模式，最后單片機系統(tǒng)進入低功耗模式，等待中斷。流程如圖4。 　　4.2 中心服務(wù)器的程序設(shè)計與實現(xiàn) 　　中心服務(wù)器部分的程序設(shè)計實際上就是對遠程數(shù)據(jù)的接收處理及反向控制的實現(xiàn)這兩大功能部分的程序設(shè)計。涉及的內(nèi)容包括服務(wù)器后臺監(jiān)聽處理程序、JSP前臺網(wǎng)頁發(fā)布界面設(shè)計和數(shù)據(jù)庫處理。 　　1、數(shù)據(jù)通道部分程序設(shè)計 　　數(shù)據(jù)通道部分要完成的功能包括:與GSM/GPRS通信控制器建立TCP連接;對接收到的工作數(shù)據(jù)幀進行處理;反向傳送控制命令數(shù)據(jù)。這些功能都通過Java語言編程實現(xiàn)。 　　1） 建立TCP連接。GSM/GPRS通信控制器通過Q2406B模塊向中心服務(wù)器設(shè)定的端口發(fā)送建立TCP連接請求，服務(wù)器端通過Java監(jiān)聽程序接收到這一請求后，雙方建立TCP通道進行數(shù)據(jù)傳輸。這里使用的是套接字機制，Socket是面向客戶/服務(wù)器模型設(shè)計的，網(wǎng)絡(luò)上的兩個程序通過一個雙向的通信連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。Java中有多個類允許用戶創(chuàng)建基于套接字的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，這里主要使用了Java.net. Socket類和Java.net, ServerSocket類。中心服務(wù)器創(chuàng)建一個TCP服務(wù)器，即以ServerSocket建立服務(wù)器端Socket程序，指定端口監(jiān)聽，使用accept（）方法等待客戶連接。accept（）方法在一個客戶端連接之前一直處于阻塞狀態(tài)，客戶接入后返回一個Socket實例，用于與客戶通信。連接建立后，一般以InputStream和OutputStream流處理與客戶端的數(shù)據(jù)傳輸。服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)訪問由JDBC來完成。 　　2） 處理中央空調(diào)工作數(shù)據(jù)幀 　　在TCP通道建立后，服務(wù)器接收到GSM/GPRS通信控制器發(fā)送過來的工作數(shù)據(jù)幀，將按照通信協(xié)議的規(guī)定格式對數(shù)據(jù)進行分解，并進行相應(yīng)的處理。主要是將數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)項提取后存入后臺數(shù)據(jù)庫。工作流程圖如圖5。 [align=center] 圖5 服務(wù)器處理工作數(shù)據(jù)幀流程圖[/align] 　　3） 反向傳送控制命令幀 　　當(dāng)管理者登錄JSP管理頁面進行控制操作后，服務(wù)器將需要設(shè)置的參數(shù)按規(guī)定的控制命令幀格式進行封裝，然后放入發(fā)送緩沖區(qū)，最后通過已建立的TCP通道傳送給前端GSM/GPRS通信控制器，從而完成對中央空調(diào)的控制。由于這一系列操作都是在前面已建立的TCP連接的基礎(chǔ)上進行，而在TCP通道中的傳輸是一種“透明”方式，因此程序的流程和設(shè)計都比較簡單，這里不再詳細說明。 　　3、控制通道部分程序的設(shè)計與實現(xiàn) 　　控制通道部分要完成的功能主要包括:中央空調(diào)工作狀態(tài)信息的網(wǎng)頁發(fā)布;管理者通過控制頁面設(shè)置參數(shù)進行對中央空調(diào)的遠程控制。程序設(shè)計時主要使用了JSP、JavaBean和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。由于篇幅限制，這里不詳細介紹。 本文作者創(chuàng)新點 　　本文設(shè)計并實現(xiàn)了一個基于通信控制器的遠程控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有如下特點:硬件電路設(shè)計簡潔、外圍元器件少、低功耗、工作可靠性高;軟件設(shè)計使用模塊化程序設(shè)計方法，便于擴展、調(diào)試、修改;遠程控制功能實現(xiàn)方式靈活高效，SMS和TCP數(shù)傳功能無縫結(jié)合，對時間、空間條件限制少;采用B/S模式實現(xiàn)系統(tǒng)在線控制功能，對客戶端要求低;短消息控制命令字可自由定義，控制方式個性化;整個系統(tǒng)軟硬結(jié)合、功能強大，安裝調(diào)試方便。 參考文獻: 　　[1] 劉衛(wèi)華.制冷空調(diào)新技術(shù)及進展[M].北京:機械工業(yè)出版社，2005 　　[2] 張曙偉，郭發(fā)東.石油平臺水文氣象觀測控制報警系統(tǒng)[J].山東科學(xué)，2005（12）:61-63 　　[3] 崔秀玉，王志勇.GPRS技術(shù)在電子系統(tǒng)通信中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)通信，2004（8）:3-7 　　[4] 劉欣,楊志家. 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