基于GSM的中央空調末端控制器研究
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為了解決以上問(wèn)題，本文設計實(shí)現了一種基于手機SIM卡GSM網(wǎng)絡(luò )的中央空調末端風(fēng)閥異地控制模塊。GSM除語(yǔ)音業(yè)務(wù)外，另有短消息數據傳輸業(yè)務(wù)[4-8]。該模塊不但可以完成室內溫度信息通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )以短信息的形式報告用戶(hù)，同時(shí)也可以由用戶(hù)通過(guò)該模塊發(fā)送期望設定室內溫度給末端控制器，完成遠程控制。
本文以Samsung公司的S3C2410芯片作為處理器，以L(fǎng)inux2.6為嵌入式操作系統，基于PID控制策略，通過(guò)手機短信的方式對中央空調末端裝置進(jìn)行遠程控制，實(shí)現了對室內溫度的設置和監控，取得了很好的實(shí)際效果。
1 末端控制器系統設計
1.1 控制器系統硬件設計
本文基于ARM9平臺，采用Linux嵌入式操作系統，以S3C2410處理器為核心。系統硬件主要由以下模塊組成：
(1)GSM/GPRS射頻模塊。用來(lái)與GPRS網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信的射頻模塊，本文選用Simcom公司推出的工業(yè)級GSM/GPRS雙頻Modem模塊SIM300，具有完整的Modem信號，在網(wǎng)絡(luò )通信時(shí)可以作為一個(gè)Modem而存在。模塊采用串行接口通信，主要為語(yǔ)音傳輸、短信息和數據業(yè)務(wù)提供無(wú)線(xiàn)接口，帶GPRS功能[9]。SIM300芯片的外圍電路采用了芯片的典型連接，利用阻容充電和施密特觸發(fā)器整形獲得上電后大約1.5 s低電平延時(shí)來(lái)啟動(dòng)。
(2)16C550串行接口。16C550是一種用于將并口數據轉換成串口數據的高速UART芯片，并自帶16位FIFO緩存通道，而且波特率可選。一方面可獲得完整的Modem控制，另一方面也是為了獲得精準的UART波特率，本文在SIM300射頻模塊與處理器組成的控制單元進(jìn)行串行通信時(shí)使用16C550芯片。16C550芯片的虛擬地址為0xdb000000，工作在帶中斷的FIFO方式；其波特率設置為115200，傳輸無(wú)校驗，8位數據位，1位停止位，忽略輸入BREAK、幀錯誤和奇偶校驗錯，使用標準模式傳輸。
(3)CPU中央處理單元。采用Samsung公司生產(chǎn)的32/16位高性能基于A(yíng)RM920T內核的RISC微處理器S3C2410，具有低功耗、自帶8通道10位ADC和DAC、并支持NAND Flash和SDRAM存儲器等特點(diǎn)。該單元包括S3C2410微控制器的最小系統、時(shí)鐘電路、復位電路等部分。
(4)輸入輸出單元：模擬房間內的溫度傳感器信號輸入到處理器的A/D轉換器；處理器通過(guò)PID算法得到的輸出量由D/A轉換器輸出以控制送風(fēng)執行閥的開(kāi)度，調整房間內的送風(fēng)量從而達到調節室內溫度的目的。
圖1為系統硬件框圖。
1.2 控制器系統軟件設計
操作系統采用實(shí)時(shí)性強的Linux2.6內核，編譯器使用gcc 4.0.2版本，完成了各個(gè)功能模塊的接口函數。由于在進(jìn)行嵌入式系統內核開(kāi)發(fā)時(shí)，若交叉編譯工具(特別是gcc)版本較低則無(wú)法編譯高版本內核，版本過(guò)高也不行。因此本文為配合要采用的Linux2.6.18內核開(kāi)發(fā)末端控制器，進(jìn)行定制開(kāi)發(fā)交叉編譯環(huán)境。具體如下：crosstool-0.43，binutils-2.16.1.tar.bz2，gcc-4.0.2，glibc-2.3.5，glibc-linuxthreads-2.3.5，linux-libc-headers-2.6.12.0，gdb-6.5，生成交叉編譯工具為arm-9tdmi-linux-gcc。其中短消息通信線(xiàn)程的初始化和主循環(huán)共分為以下4個(gè)步驟：
(1)完成串口初始化。系統啟動(dòng)并完成初始化后，開(kāi)始反復讀取16C550芯片發(fā)來(lái)的串口數據。當GSM模塊收到新短信后，通過(guò)串口向處理器發(fā)送1個(gè)字符串。該字符串格式、長(cháng)度及內容都是固定的，以+CMTI開(kāi)頭，以此為依據判斷是否新短信到來(lái)。
(2)向SIM300模塊發(fā)送讀取短消息的AT指令，判斷短消息內容。首先通過(guò)手機號來(lái)判斷短消息是否由用戶(hù)發(fā)來(lái)。如果短消息由用戶(hù)發(fā)來(lái)，則判斷用戶(hù)發(fā)送的指令，否則直接刪除。
(3)如果用戶(hù)發(fā)送的內容是“設定溫度XX”(XX代表二位溫度值)，則將“XX”通過(guò)解碼函數解碼成ASCII字符，再通過(guò)換算得到用戶(hù)期望設置的溫度發(fā)送給溫度控制模塊，最后刪除該信息。如果用戶(hù)發(fā)送的內容是“查詢(xún)狀態(tài)”，則將當前溫度值和室內狀態(tài)以短消息的形式發(fā)送給用戶(hù)手機，最后同樣刪除該信息。
(4)處理器繼續讀取串口數據。
短消息通信程序流程如圖2所示。
處理器通過(guò)串口與GSM模塊通信，串行通信的基本參數有：波特率、數據位、停止位及校驗方式等。串口驅動(dòng)程序實(shí)現了對串口的讀寫(xiě)操作，給應用程序提供發(fā)送接收數據的接口。串口正常工作之前，需要進(jìn)行初始化設置，選擇串口工作方式，設置波特率、數據格式及中斷，建立數據隊列和信號量。應用程序只要調用相應的函數，就可以實(shí)現相應的功能。
以串口發(fā)送一個(gè)字符串為例介紹發(fā)送程序，其中buf表示要發(fā)送的字符串，nbytes表示字符的個(gè)數：
int tty_write(char*buf，int nbytes)
{
int i；
for(i=0；inbytes；i++) {
write(tty_fd，buf[i]，1)；
usleep(100)；
}
return tcdrain(tty_fd)；
}
pid控制器相關(guān)文章:pid控制器原理
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