1、-理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計基于GPRS的家用空調(diào)智能終端設(shè)計學(xué) 生：*學(xué) 號：*專 業(yè)：通信工程班 級：*指導(dǎo)教師：*理工學(xué)院自動化與電子信息學(xué)院二一六年六月. z-摘要：本設(shè)計在分析了國外家用智能控制系統(tǒng)開展概況的根底上，提出基于GPRS的家用空調(diào)智能終端設(shè)計方案。手機通過短消息SMS把控制信息發(fā)送給GPRS通信控制器的SIM900A，然后再經(jīng)過單片機AT89C51，接口電路把通信數(shù)據(jù)傳輸給空調(diào)控制器，空調(diào)再根據(jù)控制信息作相應(yīng)的狀態(tài)改變。整個設(shè)計使用Proteus和Keil軟件進展原理圖的繪制與程序的編寫。本次的空調(diào)智能控制系統(tǒng)簡單實用，在家居領(lǐng)域是一個明顯的開展趨勢，具有一定的實用價值。關(guān)鍵詞：智

2、能控制系統(tǒng)；SMS；GPRS；AT89C51；SIM900A. z-Abstract:This design task on the basis of analysed the development of intelligent home control system at home and abroad,and the design of intelligent terminal for home air conditioning system based on GPRS was put forward.First of all,mobile phone sentthe control i

3、nformation to SIM900A of the GPRS munication controller by SMS, and then through the MUC AT89C51 and interface circuit,the munication data was transmitted to the air conditioning controller,air conditioning and then according to control information to make the corresponding state changes.The entire

4、design using Proteus and Keil software schematic drawing and the preparation of the program.The intelligent control model is simple and practical this time,it has a clear trend in the field of smart home in the future,has a obvious application value.Key Words: Intelligent control system; SMS; GPR; A

5、T89C51; SIM900A. z-目錄摘要IABSTRACTII第1章引言11.1 課題設(shè)計的背景及意義11.2 家用電器及智能終端的開展概況11.2.1 國外家用智能終端的開展現(xiàn)狀11.2.2 國家用空調(diào)產(chǎn)業(yè)的開展概況21.3 設(shè)計的總體工作3第2章設(shè)計方案與相關(guān)技術(shù)介紹52.1幾種智能終端方案設(shè)計比較52.2 總體方案設(shè)計52.3 嵌入式系統(tǒng)62.3.1 嵌入式操作系統(tǒng)及其應(yīng)用62.3.2 常見的幾種嵌入式操作系統(tǒng)72.4 GPRS系統(tǒng)和SMS技術(shù)82.4.1 GPRS技術(shù)介紹82.4.2 SMS系統(tǒng)介紹92.4.3 AT指令102.5 RS-485總線技術(shù)112.5.1 MA*485

6、芯片122.6 RS-232接口技術(shù)132.6.1 MA*232芯片14第3章家用空調(diào)智能終端硬件設(shè)計163.1 硬件總體方案設(shè)計163.2 主芯片介紹16晶振電路18復(fù)位電路183.2.3 單片機接口電路193.3 GPRS通信模塊設(shè)計213.3.1 SIM900A簡介213.3.2 電源電路223.3.3 開關(guān)電路233.3.4 SIM卡接口電路233.3.5 指示燈電路243.4 空調(diào)控制器243.4.1 溫度傳感器輸入253.4.2 保護開關(guān)量輸入253.4.3 控制輸出253.4.4 電源輸入與RS-485接口26第4章家用空調(diào)智能終端軟件設(shè)計274.1 開發(fā)環(huán)境介紹274.2 GP

7、RS通信控制器軟件設(shè)計27主程序設(shè)計304.2.2 RS-232串口通信設(shè)計304.2.3 面向空調(diào)控制端的數(shù)據(jù)收發(fā)設(shè)計324.3 SMS短消息軟件設(shè)計36第5章完畢語39致41參考文獻42附錄44. z-第1章 引言1.1 課題設(shè)計的背景及意義隨著經(jīng)濟生活水平的提高，社會信息化的加快，人們的工作生活與信息通信之間的關(guān)系日益嚴密，而在人們逐漸改變生活工作習(xí)慣的同時，對居住與家居的硬件條件要求也更加高，這不僅是一種生活方式的改變，更是一種相對于傳統(tǒng)生活家居觀念的巨大革新。因此，在智能家居這一領(lǐng)域，家用電器便朝著方便化、遠程化、智能化、人性化這一方向開展。本次設(shè)計是以家用空調(diào)設(shè)計為例，它在保持了傳

8、統(tǒng)家電適用功能的根底上，擺脫單一的被動操作模式，成為了一種相對能動的、智能化的、方便的、可遠程操控的新型家電工具。這種無線的智能終端工具增加了遠程數(shù)據(jù)傳輸和接收，在傳統(tǒng)模式上進展了較大優(yōu)化，也使人們的生活理念得到了改變。這種快捷的人機交互模式把人們從繁雜的生活瑣事中解脫出來，不僅提高了生活工作效率，更大大節(jié)約了時間，從而可以使我們?nèi)プ龈佑幸饬x的事情，生活品質(zhì)提高了，也節(jié)約了資源，何樂而不為呢.1.2 家用電器及智能終端的開展概況家用電器智能控制器是計算機網(wǎng)絡(luò)與時代科技的產(chǎn)物，是信息技術(shù)與生活理念的完美結(jié)合，是社會文明快速向前開展的一種標志。1.2.1 國外家用智能終端的開展現(xiàn)狀1977年美納

9、電纜通訊公司在有線電視的根底上開發(fā)了QUBE(庫貝)交互電視系統(tǒng)，它為每一個用戶提供一個機頂盒，供用戶輸入接收、選擇、拒絕等一系列控制信息，這應(yīng)該被認為是最早的家電信息化系統(tǒng)。. z-自從1984年在美國誕生第一座智能大廈之后，智能建筑在全世界圍迅速開展起來，由于智能建筑本身舒適化、人性化、智能化的變革，帶動了家用電器控制系統(tǒng)的智能化，進而形成信息家電產(chǎn)業(yè)的雛形。 美國的很多家電智能控制系統(tǒng)科研工作者在20世紀末期歷盡千辛才將家電控制自動化形成一定的模式與協(xié)議，如：西歐的EHS、EIB、BatiBUS、美國的CEBUS、BAETS、Marthous Lonworks、BACEBUS等，由于這個

10、模式在全世界都沒有成型，且弊端多多，而由幾種到分部的總線型控制方式是它們總的研究方向。目前，興旺國家的奇勝、ABB、HONEYWELL、GE、莫頓是高端智能家居產(chǎn)品的代表。1.2.2 國家用空調(diào)產(chǎn)業(yè)的開展概況近幾年對中國的空調(diào)市場來說是有特殊意義的年份，從幾年前開場中國家電市場先后經(jīng)歷了“家電下鄉(xiāng)，“以舊換新，“節(jié)能惠民補貼三輪政策長達數(shù)年的刺激。近兩年是中國家電行業(yè)的政策真空期，市場秩序也正在承受一番洗禮。而奧維咨詢(AVC)數(shù)據(jù)顯示，中國家用空調(diào)終端零售量在冷年2021年到達了4430萬臺，同比上升3.8%；而零售額為1570億元，同比上升4.4%，從以上宏觀數(shù)據(jù)可以看出雖然缺少了政策刺激

11、，家用空調(diào)的終端零售規(guī)模在整體市場低迷的情況下仍然實現(xiàn)穩(wěn)定增長22。所以，接下來的時間里，空調(diào)需求量的增長趨勢將更加不可限量。在國家電行業(yè)總體規(guī)模和使用智能終端的高端家電產(chǎn)品比例環(huán)環(huán)上升下，我國智能家電行業(yè)的總體規(guī)模與市場占有率都在不斷擴大。根據(jù)相關(guān)的行業(yè)資料統(tǒng)計，圖1-1給出了中國智能終端市場的容量和開展趨勢1。. z-圖1-1中國智能終端市場的容量和開展趨勢現(xiàn)在各大家電企業(yè)都越來越重視智能家居這一新興家電領(lǐng)域中新的時機點，相繼提出了智能家居戰(zhàn)略。傳統(tǒng)的家電產(chǎn)品和研發(fā)優(yōu)勢與現(xiàn)階段互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的深入融合將是智能家居系統(tǒng)開展的一大趨勢。隨著無線網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的快速開展、數(shù)據(jù)傳輸功能的進一步優(yōu)化等

12、等，這些都無疑為智能家電的開展提供了強大的技術(shù)支撐。未來家電的智能化程度將進一步提高，它除了滿足傳統(tǒng)的智能化需求，還可以在人體感知方面到達一個新的高度，這些家電可以讓大家消除溝通中不必要的代溝。不過多依賴人的操控的，讓人放心的，而且具備對人體和環(huán)境感知的智能家電才是未來智能終端系統(tǒng)的開展方向1。1.3 設(shè)計的總體工作這次設(shè)計的總體局部共分為五章，各個局部的設(shè)計工作如下所述：第1章：闡述設(shè)計背景以及實際應(yīng)用意義，綜合概述國外家用空調(diào)控制系統(tǒng)的開展概況。第2章：全面比較幾種智能控制系統(tǒng)方案，選擇一種切實可行的方案，提出本次設(shè)計課題的總體設(shè)計方案。然后介紹涉及的關(guān)鍵技術(shù)，包括：嵌入式系統(tǒng)、GPRS技

13、術(shù)、SMS技術(shù)、RS-485和RS-232接口技術(shù)。第3章：介紹家用空調(diào)智能終端系統(tǒng)的硬件設(shè)計。首先給出總體硬件設(shè)計方案，再分布詳細說明各個局部，包括：主控MUC及晶振、復(fù)位電路、接口電路，GPRS模塊和相關(guān)的電源電路、開關(guān)電路等，最后是空調(diào)控制器的簡單介紹。第4章：介紹家用空調(diào)智能終端系統(tǒng)的軟件設(shè)計。包括軟件設(shè)計環(huán)境、總體程序設(shè)計、接口通信軟件設(shè)計、SMS短信收發(fā)軟件設(shè)計等第5章：完畢語。這局部是對本次設(shè)計中實現(xiàn)的功能簡要概括，以及這次課題的心得體會、過程中的缺乏、展望和實際應(yīng)用價值的歸納。接下來是致、參考文獻、附錄。感學(xué)習(xí)期間父母、教師、同學(xué)的大力支持和無私熱情的幫助。列出了與這次課題及主

14、要容相關(guān)的參考文獻。最后，附錄中列出了原理圖和相關(guān)整體程序。第2章 設(shè)計方案與相關(guān)技術(shù)介紹2.1幾種智能終端方案設(shè)計比較智能終端控制系統(tǒng)可以有不同的構(gòu)成，以以下舉了幾種設(shè)計方案：1.由手機App及網(wǎng)絡(luò)、PC網(wǎng)絡(luò)組成的控制系統(tǒng)：這種系統(tǒng)要求智能手機通過網(wǎng)絡(luò)與PC建立IP/TCP連接，然后向PC端發(fā)送一系列操作指令。而另一方面，需要將空調(diào)的嵌入式設(shè)備通過總線技術(shù)與PC相連，并進展數(shù)據(jù)傳輸，這樣，就可以通過手機終端控制智能空調(diào)了。不過，這個方法的缺點也很明顯，那就是必須要使用智能手機，還要能上網(wǎng)，再者，還要PC作為中間環(huán)節(jié)進展數(shù)據(jù)編碼與傳輸，這在要求簡單方便生活方式的今天顯得有些繁瑣了。2.智能空調(diào)

15、與Internet網(wǎng)絡(luò)相融合的控制系統(tǒng)：這種系統(tǒng)要求空調(diào)具有網(wǎng)絡(luò)收發(fā)功能，可以連接英特網(wǎng)，而無線終端可以直接與空調(diào)進展通信傳輸，進而發(fā)送操作指令。但是這種系統(tǒng)的弊端顯而易見必須是智能空調(diào)，雖然我國在加大智能家電的應(yīng)用比例，但是它的市場占有比例還很小，要實現(xiàn)互聯(lián)技術(shù)無疑是一個大麻煩。3.由GPRS與嵌入式系統(tǒng)相結(jié)合的控制系統(tǒng)：這種終端控制系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)的和各種工具語言的支撐下，手機通過GSM/GPRS蜂窩網(wǎng)絡(luò)向GPRS模塊發(fā)送一系列控制指令，而GPRS模塊通過有線電路將電信號傳輸給空調(diào)，空調(diào)再做相應(yīng)的狀態(tài)改變，完成之后GPRS通信模塊又把狀態(tài)信息反響給手機終端。因為采用了單片機核，該系統(tǒng)性能穩(wěn)

16、定，處理速度快，方便，本錢低廉，而手機普及率高，短消息功能成熟，總的來說性價比高，是現(xiàn)階段的不二之選。2.2 總體方案設(shè)計在比較了幾種智能終端系統(tǒng)設(shè)計方案后,本次設(shè)計采用手機作為移動終端,基于GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的短消息SMS作為遠程傳輸控制媒介。單片機AT89C51和SIM900A構(gòu)成GPRS控制模塊作為核心通信控制器,通過RS-485總線與空調(diào)控制器相連接，空調(diào)的機組控制器再去控制它的溫度、開關(guān)等各種狀態(tài)。而此次GPRS控制器作為系統(tǒng)通信傳輸?shù)闹修D(zhuǎn)站，可謂是起到了“承前啟后“的作用，是空調(diào)終端與移動終端信息傳輸?shù)臉蛄??？傮w的方案設(shè)計如圖2-1所示。圖2-1 總體方案設(shè)計2.3 嵌入式系統(tǒng)操

17、作系統(tǒng)Operating System是一種計算機系統(tǒng)軟件，是控制計算機硬件和軟件資源的計算機程序，它為用戶與計算機之間提供一種接口，使人們在舒適友好的環(huán)境下工作，同時計算機又為人們提供各種所需的資源。2.3.1 嵌入式操作系統(tǒng)及其應(yīng)用嵌入式操作系統(tǒng)Embedded Operating System，簡稱：EOS則是用于嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)，它通常是利用系統(tǒng)的模塊化設(shè)計來到達對功能的整合，而且它一般具有系統(tǒng)核小、專用性強、系統(tǒng)精簡、實時性高等顯著特點，在現(xiàn)實生活中應(yīng)用十分廣泛。目前，幾乎在各個領(lǐng)域都有嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用，比方數(shù)控機床、電力系統(tǒng)的工業(yè)控制，車輛的定位導(dǎo)航、交通管理中的信息監(jiān)控，

18、家庭效勞領(lǐng)域的家庭智能控制，各種ATM終端的POS網(wǎng)絡(luò)等等。而嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的要數(shù)信息家電領(lǐng)域，這些應(yīng)用在改善人們生活質(zhì)量的同時，也深深地影響著人們的生活方式。2-2圖給出了嵌入式操作系統(tǒng)的幾種應(yīng)用。圖2-2 嵌入式操作系統(tǒng)的幾種應(yīng)用2.3.2 常見的幾種嵌入式操作系統(tǒng)總的來說，嵌入式操作系統(tǒng)可以從硬件和軟件來進展劃分，但是由于其種類、數(shù)量繁多，目前在我們嵌入式領(lǐng)域廣泛見到的的操作系統(tǒng)有：Linu*、uC/OS-、V*Works、Windows Embessed等，而在智能手機領(lǐng)域有iOS、Android等。下面是常見的幾種嵌入式操作系統(tǒng)：1. Windows Embessed嵌入式操作

19、系統(tǒng)它是一種基于二進制的、包含成百上千個功能組件的嵌入式操作系統(tǒng)，并且可以提供Windows操作系統(tǒng)的功能。這種系統(tǒng)開發(fā)周期短、技術(shù)可信賴，而且可以通過已構(gòu)建的設(shè)備對智能系統(tǒng)進展優(yōu)化，具有很強的商業(yè)競爭有優(yōu)勢。另一方面，它具有行業(yè)領(lǐng)先的平安性、可靠性和性能，具備新的多媒體、電源管理等功能，出色的可操作性受到了很多人的青睞。2.Linu*嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式的Linu*是在Linu*的根底上進展裁剪修改開展而來的，由于繼承了Internet的開放源代碼資源，用戶免費使用，軟件的移植性好，而且性能優(yōu)異，開發(fā)周期短，有很多應(yīng)用軟件都支持，實時性、穩(wěn)定性、平安性好，所以這種嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在航

20、天、船舶、軍工、衛(wèi)星、數(shù)字電化、多媒體、網(wǎng)絡(luò)以及許多電子消費產(chǎn)品領(lǐng)域。此外，Linu*的核網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造很完善，支持以太網(wǎng)和無線網(wǎng)，因此在信息家電和圖形界面方面開展很快，所以開展前景非?？捎^。3. uC/OS-嵌入式操作系統(tǒng)具有實時性，是uC/OS-的特點。它最早出自于Jean J.Labrosse所發(fā)表的雜志上，其前身是uC/OS。自從問世以來，uC/OS-已經(jīng)通過了美國聯(lián)邦航空局FAA商用航行器認證，可見其存在的優(yōu)越性。由于uC/OS-的絕大多數(shù)程序都是通過C語言編寫的，這對于很多人來說無疑方便了不少。其次，它方便移植、可讀性強、構(gòu)思巧妙、空間占用小、效率執(zhí)行高、具有優(yōu)良的實時性等，且最小核可編

21、譯至2KB，基于以上的等等優(yōu)點使uC/OS-的使用度非常高，圍廣泛。它有核心、任務(wù)同步和接口、時鐘、任務(wù)處理5大局部，并且還可以通過函數(shù)調(diào)用等實現(xiàn)任務(wù)的優(yōu)先等級和切換。目前，uC/OS-已在家電控制、網(wǎng)絡(luò)適配器、醫(yī)療器械、ATM等方面廣泛應(yīng)用。它的體系構(gòu)造圖如2-3所示。圖2-3 uC/OS-體系構(gòu)造圖相對于其它型的嵌入式操作系統(tǒng)，uC/OS-的優(yōu)點獨特，尤其是經(jīng)濟適用，實時性好，任務(wù)優(yōu)先級的調(diào)度，構(gòu)造清楚，因此，是這次畢業(yè)設(shè)計選擇它的原因。2.4 GPRS系統(tǒng)和SMS技術(shù)2.4.1 GPRS技術(shù)介紹GPRS，全稱General Packet Radio Service，及通用分組無線效勞技術(shù)

22、。它是第二代通信技術(shù)升級版本，也稱2.5G?？梢哉f，GPRS是在GSM網(wǎng)絡(luò)的根底上新增加了網(wǎng)絡(luò)實體來實現(xiàn)數(shù)據(jù)分組業(yè)務(wù)，主要增加的是GPRS效勞支持節(jié)點SGSN、GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點GGSN、分組控制單元PCU等。GPRS系統(tǒng)對GSM網(wǎng)絡(luò)具有兼容性，能夠更加快速有效地進展數(shù)據(jù)和信令傳輸，圖2-4是GPRS系統(tǒng)原理圖1。圖2-4 GPRS系統(tǒng)原理圖SGSNGPRS效勞支持節(jié)點：主要是完成對用戶身份識別，加密，壓縮等功能的移動數(shù)據(jù)進展管理和接入控制以及對用戶數(shù)據(jù)庫的；對IP數(shù)據(jù)進展通路傳輸和協(xié)議轉(zhuǎn)換，以實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的傳輸；為了節(jié)約空口信令，支持數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和電路業(yè)務(wù)同時工作；還可以支持短信的收發(fā)。GGS

23、N (GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點)：主要是完成網(wǎng)關(guān)作用，它能夠與ISDN、PSPDN和LAN等不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)相連。對 GPRS分組數(shù)據(jù)包進展GGSN的協(xié)議轉(zhuǎn)換，就能夠?qū)?shù)據(jù)包發(fā)送到*.25網(wǎng)絡(luò)或者TCP/IP。PCU分組控制單元：主要是用來處理從GSM語音業(yè)務(wù)中抽離出來的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。由于PCU使用了分組功能，從而能夠控制無線鏈路，且能夠讓多用戶連入一個無線資源。PCU的根本功能包括數(shù)據(jù)的分組、無線信道的管理、發(fā)送誤差檢測和自動重發(fā)。GPRS的網(wǎng)絡(luò)速度遠遠快于GSM，而在連接建立的時間上也極短，傳輸速率相對更高，費效比低，更適用于移動辦公、多媒體業(yè)務(wù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等信息效勞領(lǐng)域。而且，GPRS在資源分配上

24、采用動態(tài)的信道分配方式，物理信道只有在有效資源通過的時候才會被占用，這樣的分配方式會使頻道利用率極高，此外數(shù)據(jù)在信道中還可以進展打包分組傳送。除此之外，GPRS承載了GSM系統(tǒng)的WAP，即短消息、電路型數(shù)據(jù)、GPRS型數(shù)據(jù)。而基于它本身的分組特點，系統(tǒng)資源占用少，連接速度快，所以較GSM而言優(yōu)勢明顯。2.4.2 SMS系統(tǒng)介紹SMSShort Message Service短消息效勞，它是在短息效勞中心的幫助下，消息通過存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方式從一個手機終端傳送到另一個終端，即SMS短信效勞并不是直線無障礙傳輸給接收終端，而是通過短信效勞中心進展存儲轉(zhuǎn)發(fā)，因此它只是一種儲存和轉(zhuǎn)發(fā)的效勞。如果接收人未連接

25、移動網(wǎng)絡(luò)，則短信將在接收人連接網(wǎng)絡(luò)時再發(fā)送給接收人。即SMS把收到發(fā)送者的短信轉(zhuǎn)發(fā)給短信效勞中心，SMS網(wǎng)關(guān)收到短息效勞中心發(fā)送的短信后，就向歸屬位置存放器查找接收端的路由信息，再通過查詢到的路由信息將短信發(fā)送至接收者的移動交換中心，最后基站子系統(tǒng)將移動交換中心發(fā)送的短信發(fā)送給接收終端。其傳輸流程如圖2-5所示1。圖2-5 SMS數(shù)據(jù)傳輸流程短消息應(yīng)用起來簡單、方便，常常為用戶提供一些感興趣的信息，比方：氣象信息、交通信息、尋呼信息、位置信息等，正是由于這些簡便實用的功能使得它經(jīng)久不衰，在近些年來開展迅速，應(yīng)用圍更加廣泛，像遠程無線終端控制、雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)缺闶亲盍餍械膽?yīng)用。由于技術(shù)成熟、性能穩(wěn)

26、定、性強，深受各行各業(yè)的青睞。2.4.3 AT指令A(yù)T指令，即Attention mands。AT指令集是從終端設(shè)備TE或數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE向終端適配器TA或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備DCE發(fā)送的。移動臺(MS)的功能的控制是GSM/GPRS通過TE和TA發(fā)送AT指令來實現(xiàn)的。用戶通過AT指令的控制表現(xiàn)在短信、呼叫、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、本、 等諸多方面。AT指令的使用如圖2-6所示。圖2-6 AT指令的使用AT指令一般分為通用AT指令、呼叫控制AT指令、短消息指令、TCP/IP指令、GPRS指令、簿指令等等。圖2-7是SMS短消息的相關(guān)AT指令。圖2-7 SMS相關(guān)AT指令2.5 RS-485總線技術(shù)在很多工業(yè)控

27、制和嵌入式系統(tǒng)中，單片機電路、PC和移動端的信息通信，特別是串行通信往往采用總線連接，這些線路具有抗干擾性好、傳輸穩(wěn)定、傳輸距離較遠、簡單、本錢低等特點，所以應(yīng)用非常廣泛，RS-485總線就是其中之一。RS-485接口采用有協(xié)議的半雙工網(wǎng)絡(luò)通信，多是主從通信的兩線制接線方式，一般是終端匹配總線型的網(wǎng)絡(luò)拓撲，傳輸距離不同，總線標準也相應(yīng)有所不同。RS-485具有以下特點：1.電氣特性：采用差分信號負邏輯，以兩線間的電壓差+2-6V表示邏輯“0；兩線間的電壓差-2-6V表示邏輯“1。由于接口電路芯片不容易損壞，接口信號電平比RS-232-C低，且該電平與TTL電平兼容，所以兩者連接很方便。2.RS

28、-485的數(shù)據(jù)最高傳輸率為10Mbps。3.RS-485接口采用差分接收器和平衡驅(qū)動器，所以抗干擾性能非常好。4. RS-485的最大通信距離超過1200Km，傳輸距離與傳輸速率成反比，其最大傳輸距離下的傳輸速率為100Kbps,加485中繼器就可以傳輸更遠，并且RS-485最大可以支持32個節(jié)點。2.5.1 MA*485芯片Ma*485接口芯片是生產(chǎn)商Ma*im的一種RS-485芯片，采用RS-485總線協(xié)議，額定電壓為5V，負載數(shù)位32個，最大通信速率為25Mbps。它是一系列芯片，包括RS-483、RS-485、RS-487、RS-489等，采用5V的單一電源工作，額定電流為300uA，

29、半雙工通信方式，功能是將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-485電平。圖2-8為MA*485管腳圖，表2-1為MA*485管腳功能。圖2-8 MA*485管腳圖表2-1 MA*485管腳功能管腳功能 RO接收電平的TTL電平輸出低電平有效的承受允許DE高電平有效的發(fā)送允許DI發(fā)送數(shù)據(jù)的TTL電平輸入A485差分信號的正向端B485差分信號的反向端VCC電源接口GND接地通常在RS-485電路中，把與DE短接，用一根信號線連接，從而做到收發(fā)的切換。此外，MA*485是目前市面上最常見，應(yīng)用最廣泛的RS422芯片，性價比高，質(zhì)量好，性能穩(wěn)定，這也是這次選擇它的由來。2.6 RS-232接口技術(shù)RS-232是現(xiàn)

30、階段一種非常流行的串行通信異步傳輸接口,它的標準是由電子工業(yè)協(xié)會(EIA)所制定的。通常的的RS-232接口有9個和25個兩種引腳形態(tài)，分別稱為DB-9和DB-25。RS-232采用RS-232C標準協(xié)議，傳輸速率在020000b/s以，一般傳輸距離在20m圍之。圖2-9是RS-232的串口原理圖，圖2-10是RS-232的管腳功能。圖2-9 RS-232串口原理圖圖2-10 RS-232管腳功能RS-232非常通用，在編程與價格方面占有很大的優(yōu)勢，并且與接口配套的導(dǎo)線較長，在諸如監(jiān)視和控制等各種系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。2.6.1 MA*232芯片MA*232芯片是Ma*im公司為RS-232標準串口

31、設(shè)計的一種電平轉(zhuǎn)換芯片。MA*232使用+5V的單電源，特別適合電池供電系統(tǒng)。通常情況下，由于RS-232接口的信號電平較高，容易損壞接口電路的芯片，且與TTL電平不兼容等緣故，MA*232模塊一般與RS-232串口結(jié)合使用構(gòu)成電平轉(zhuǎn)換電路，再與其它電路連接。MA*232具有以下特點：1.符合所有的RS-232C技術(shù)標準。2.僅僅需要+5V的供電電源。3.功耗低，一般供電電流5mA。4.本錢低，集成度高。5. MA*232電路常選用10uF的電解電容。MA*232的原理圖如2-11所示，引腳介紹如下：第一局部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。11腳T1IN、12腳R1OUT、13腳R1IN、14腳T1OUT構(gòu)成第

32、一數(shù)據(jù)通道；7腳T2OUT、8腳R2IN、9腳R2OUT、10腳T2IN構(gòu)成第二數(shù)據(jù)通道。TTL電平數(shù)據(jù)從10引腳、11引腳輸入，轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)后從14腳、7腳輸出；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從8腳、13腳輸入后，轉(zhuǎn)換成TTL電平數(shù)據(jù)后從9腳、12腳輸出。因此在實際設(shè)計中，我們可以根據(jù)需要選擇適宜的數(shù)據(jù)通道，來到達電平轉(zhuǎn)換和通道連接的作用。第二局部供電。15引腳GND,16引腳VCC為+5V。第三局部電荷泵電路。它是由1、2、3、4、5、6引腳與4只10uF電容構(gòu)成，其目的是產(chǎn)生+12V、-12V兩個電源，供應(yīng)給RS-232電平。圖2-11 MA*232原理圖第3章 家用空調(diào)智能終端

33、硬件設(shè)計硬件系統(tǒng)是整個智能終端設(shè)計的骨架局部，系統(tǒng)設(shè)計的合理性、經(jīng)濟性、可行性、實時性、穩(wěn)定性等都是在硬件設(shè)計階段必須要考慮的問題，也是任務(wù)的具體要求。以下給出了具體的硬件設(shè)計方案。3.1 硬件總體方案設(shè)計基于簡單實用原則，本次硬件設(shè)計在參考了已有的諸多實例的前提下，總體采用8位51單片機為系統(tǒng)核，通過嵌入式操作系統(tǒng)，并結(jié)合相應(yīng)的應(yīng)用程序、驅(qū)動程序、空調(diào)控制器、RS-485接口電路，以及GPRS通信模塊，實現(xiàn)了一個簡單的遠程家用智能終端控制系統(tǒng)20。圖3-1為硬件系統(tǒng)構(gòu)造框圖。圖3-1 硬件系統(tǒng)構(gòu)造框圖3.2 主芯片介紹主控單片機AT89C51是一種低電壓、高性能的帶4K字節(jié)FLASH存儲器的

34、8位微處理器。AT89C51帶有2K字節(jié)的閃存只讀存儲器ROM，可反復(fù)擦除1000次5。這個器件具有很高的技術(shù)制造水準，與工業(yè)標準的51單片機的指令集與輸出管腳的兼容性非常好，性能穩(wěn)定，并且在很多價錢廉價且靈活性高的嵌入式的控制系統(tǒng)方案中AT89C51單片機是不錯的選擇3。表3-1是AT89C51的主要特性參數(shù)。表3-1 AT89C51主要特性參數(shù)特性參數(shù)值FLASH存儲器4壽命寫擦循環(huán)數(shù)據(jù)保存時間年全靜態(tài)工作-部位口線個定時計數(shù)器個位中斷源個AT89C51單片機中，VCC為供電電壓，GND為接地，P0P3為I/O口，RST為復(fù)位輸入，EA/VPP為外部允許，*TAL1/2為振蕩器反相放大器的

35、輸入/輸出端。AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在閑置模式和掉電模式下工作，除此之外，這種單片機還具有進展串口通信功能，而它的構(gòu)造和特殊存放器則是編寫軟件的關(guān)鍵，常用的特殊功能存放器有SCON串行口特殊控制存放器等21。以以下列圖3-2、圖3-3分別為AT89C51的管腳圖和構(gòu)造原理圖。圖3-2 AT89C51管腳圖圖3-3 AT89C51構(gòu)造原理圖3.2.1晶振電路晶體振蕩器電路是系統(tǒng)電路中必不可少的一局部，其作用是是為系統(tǒng)提供一個根本的時鐘信號，為了使各局部頻率保持同步，系統(tǒng)通常會共用一個晶振。本次設(shè)計采用了最簡單的設(shè)計方案，一個晶振加上兩個電容和一個接地腳便構(gòu)成了晶振電路，然后和主芯片的*

36、TAL1與*TAL2接口相連，*TAL1為反相放大器的輸入以及部時鐘工作電路的輸入，*TAL2為振蕩放大器的輸出3。簡單的晶振電路如圖3-4所示。圖3-4 晶振電路3.2.2復(fù)位電路為了確保系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路也是本次原理圖設(shè)計中不可缺少的局部，其作用是利用它使電路恢復(fù)到初始狀態(tài)，確定時鐘信號。本系統(tǒng)的復(fù)位電路如圖3-5所示，主要由按鍵、電阻、電容組成，其向上端是與單片機AT89C51中的復(fù)位輸入端RST相連。圖3-5 復(fù)位電路3.2.3 單片機接口電路單片機AT89C51是整個硬件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)通信的中樞，起到了“承前啟后“的作用，它通過RS-485接口電路與空調(diào)的控制器連接通信，以

37、中斷方式完成數(shù)據(jù)的接收與處理，然后通過RS-232接口電路控制GPRS模塊在短信中心的幫助下以SMS短消息形式完成與手機移動終端MS的連接通信。以下是關(guān)于兩局部接口電路的介紹。1.MA*485與AT89C51之間的接口電路雖然單片機AT89C51與空調(diào)控制器是通過RS-485總線進展通信的，但是實際上他們之間是通過Ma*im公司MA*485模塊實現(xiàn)RS-485電平與TTL電平的轉(zhuǎn)換的，以此來完成單片機與空調(diào)控制器之間的信息接收與傳送，以及它們之間的數(shù)據(jù)處理。在原理圖中AT89C51與MA*485之間是通過3個主要接口相連的，MA*485的引腳1即RO接收信號與輸出引腳與單片機的P3.0/R*D

38、串行輸入口連接，主要是為了把通過A與B的空調(diào)端信號傳輸給單片機；MA*485的引腳4即DI輸出驅(qū)動器的輸入引腳與AT89C51的引腳3.1/T*D串行輸出口連接，主要是把信號通過A、B腳加載給總線；通常把接收與輸入信號的控制引腳DE和短接后再與單片機的外中斷引腳P3.2/相連，主要是為了好做到信號的收發(fā)切換；A、B分別為差分信號收發(fā)端，所以連線時在它們之間接一個100左右的匹配電阻即可；其余的引腳中VCC接電源，GND接地。圖3-6是RS-485接口電路。圖3-6 RS-485接口電路2.AT89C51與GPRS模塊之間的接口電路在這次的GPRS通信控制器中，GPRS模塊采用了SIM900A,

39、關(guān)于SIM900A我們在之后具體介紹。SIM900A的功能強大，接口眾多，我只是用到了其中很小的一局部。AT89C51與GPRS模塊之間采用的是RS-232接口電路，由于RS-232電路電平比單片機電平高，且與TTL電平不兼容，容易損壞電路芯片等問題，我在RS-232串口上耦合了一個MA*232電平轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成了電平轉(zhuǎn)換電路，然后使單片機與SIM900A相連。圖3-7是RS-232電平轉(zhuǎn)換接口電路。1根據(jù)MA*232數(shù)據(jù)通道的定義，我選擇了其中一種連接方式。首先，MA*232的管腳11T1IN、管腳12R1OUT分別與單片機AT89C51的數(shù)據(jù)傳輸口管腳P3.1T*D、P3.0R*D相連，以到

40、達兩者之間的信息傳輸。2串口與MA*232的連接。MA*232的引腳14T1OUT、引腳13R1IN分別與PIM的引腳2R*D、引腳3T*D連接，以到達電平轉(zhuǎn)換傳輸。3最后，串口與GPRS模塊的連接。串口的管腳1DCD、管腳2R*D、管腳3T*D、管腳4DTR分別與SIM900A的對應(yīng)接口連接，分別到達數(shù)據(jù)載波檢測、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)終端準備的功能。圖3-7 RS-232電平轉(zhuǎn)換接口電路3.3 GPRS通信模塊設(shè)計3.3.1 SIM900A簡介GPRS無線通信模塊使用SIM公司生產(chǎn)設(shè)計的SIM900A模塊6，SIM900A是一個二頻的GSM/GPRS模塊，完全采用SMT封裝形式。SIM9

41、00A使用的是工業(yè)標準性的接口，工作的頻段為GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHz。可在低功耗下，實現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和 信息的傳輸。SIM900A支持GPRS multi-slot class10或class 8和GPRS編碼格式為CS-1、CS-2、CS-3、CS-4。SIM900A自帶TCP/IP協(xié)議，擴展的TCP/IP AT指令能夠很容易使用TCP/IP協(xié)議，這些AT指令在做數(shù)據(jù)傳輸方面的應(yīng)用時非常有用的，而且操作也很方便。SIM900A具有以下的主要特性38：雙頻 900/ 1800 MHz；GPRS multi-slot class 10/8；GPRS mob

42、ile station class B；通過AT命令控制GSM07.07，07.05和SIM增強AT命令集；SIM應(yīng)用工具包；供應(yīng)電壓圍為3.1到4.8V；在睡眠模式下低功耗為1.5mA；操作溫度圍為-40到+85。SIM900A的部功能模塊主要有存儲器、基帶、射頻，而本次主要用到的外部接口有天線接口、電源接口、RS232串口、SIM卡接口、開關(guān)接口等，所以SIM900A系統(tǒng)中主要包含的電路有開關(guān)電路、電源電路、天線電路、RS232串口電路、指示燈電路、SIM卡電路以及其它相應(yīng)電路719。此外，SIM900A中的局部原理圖未能畫出，GND引腳全部接地，為了簡潔最后原理圖中也不再畫出。SIM90

43、0A的功能圖如圖3-22所示。圖3-22 SIM900A功能圖3.3.2 電源電路整個SIM900A模塊是由將外接的5V直流電源通過電路變壓后得到2.8V直流電壓和4V直流電壓進展供電，2.8V直流電壓是提供應(yīng)射頻芯片和微處理器芯片的電源，4V直流電壓提供應(yīng)GPRS模塊813的電源。SIM900A使用的是單電源供電，VBAT的電壓輸入圍為3.2C-4.8V。SIM900A模塊發(fā)射時電流可能會到達2A，因此在VBAT輸入附近設(shè)計了一個旁路電容，以防止電流過高而燒壞電路板。輸入直流電源通過保護電路和濾波電路之后得到線性穩(wěn)壓芯片的輸入電壓，穩(wěn)壓電路的芯片則使用MIC29302，則電源電路如圖3-22

44、所示。圖3-22 SIM900A系統(tǒng)電源電路3.3.3 開關(guān)電路SIM900A的開關(guān)機有幾種形式：一是使用PWRKEY驅(qū)動電路開關(guān)機；二是使用PWRKEY_OUT引腳進展開關(guān)機；三是高壓或低壓自動開關(guān)機；四是高溫或低溫自動開關(guān)機；五是使用AT命令關(guān)機。本系統(tǒng)采用PWRKEY驅(qū)動電路開關(guān)機。通過拉低PWRKEY至少一秒然后釋放就可以到達開機模式，此時模塊部已經(jīng)上拉至3V；同開機一樣，可以關(guān)機，只是使用外部引腳 NRESET讓SIM900A模塊進展復(fù)位。復(fù)位電路主要用于SIM900A模塊無法響應(yīng)或無常開關(guān)機等緊急復(fù)位。三極管都采用9013型來實現(xiàn)開關(guān)電路，開關(guān)復(fù)位電路如圖3-23所示。圖3-23

45、SIM900A開關(guān)復(fù)位電路3.3.4 SIM卡接口電路SIM900A模塊的SIM卡接口不僅支持GSM Phase1規(guī)，而且也支持GSM Phase2+規(guī)和FAST 64kbps SIM卡，以及1.8V和3.0V的SIM卡。SIM900A模塊能夠?qū)IM卡進展檢測，從而得到SIM卡接口的電源電壓值，并提供穩(wěn)定的電源電壓。在SIM卡接口電路中設(shè)計了一個靜電防護器件SMF05C，以防止靜電干擾。為了匹配SIM900A模塊和SIM卡之間的阻抗，則設(shè)計了在I/O串口中加22電阻，并且數(shù)據(jù)信號線在SIM900A模塊上拉。模塊當(dāng)中不需要使用SIM卡的插拔檢測功能，所以可以讓SIM_PRESENCE懸空，則S

46、IM卡接口電路如圖3-24所示。圖3-24 SIM卡接口電路3.3.5 指示燈電路SIM900A模塊通過輸出引腳LIGHT驅(qū)動LED燈，采用9013型三極管通過控制電流來實現(xiàn)LED燈閃爍的頻率，并顯示當(dāng)前SIM900A模塊所處的工作狀態(tài)：當(dāng)燈熄滅時，說明SIM900A模塊沒有工作；當(dāng)以64ms亮/800ms滅的頻率閃爍時，說明模塊正在工作，但仍然沒有搜索到網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)以64ms亮/3000ms滅的低頻率閃爍時，說明SIM900A模塊已經(jīng)搜索到網(wǎng)絡(luò)，并已經(jīng)注冊；當(dāng)LED燈以64ms亮/300ms滅的高頻數(shù)率閃爍時，則說明GPRS模塊正在通信19。其電路如圖3-25所示。圖3-25 SIM900A指示

47、燈電路3.4 空調(diào)控制器空調(diào)控制器功能眾多，構(gòu)造控制復(fù)雜，就是在它的控制下實現(xiàn)空調(diào)自動的開關(guān)、制冷制熱、變頻等多項功能。空調(diào)控制器現(xiàn)在一般都是采用單片機或者可編程邏輯控制器PLC設(shè)計，然后再通過RS-485接口等通信接口實現(xiàn)與遠程端的數(shù)據(jù)交換通信。本次設(shè)計采用的是華威HAC冷風(fēng)熱泵空調(diào)控制器，在這個系統(tǒng)中還可以使用多個控制器組成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，各個局部均采用RS-485通信接口連接，構(gòu)造簡單，布線容易?；趯嵺`需要，此次只選擇了它的開關(guān)量、溫度傳感等主要功能中很少的一局部加以理論說明。圖3-26是HAC空調(diào)控制器構(gòu)造框圖。圖3-26 HAC空調(diào)控制器構(gòu)造框圖3.4.1 溫度傳感器輸入溫度對空調(diào)可

48、說是最重要的一個參數(shù)，它不僅是我們對空調(diào)控制最直觀的參考量，還是實現(xiàn)各項指標的關(guān)鍵檢測值。空調(diào)的溫度傳感器一般采用熱敏電阻，可以檢測-50+200的溫度值。本次的溫度傳感器向空調(diào)控制器傳入的是總回水溫度、外環(huán)境溫度、外管溫度、出水溫度等主要溫度參數(shù)值19。3.4.2 保護開關(guān)量輸入保護輸入局部主要是對空調(diào)的工作狀態(tài)實行一個保護措施，可以調(diào)整空調(diào)的各種狀態(tài)。而這次的保護量開關(guān)主要有：外風(fēng)過載開關(guān)、低壓保護開關(guān)、高壓保護開關(guān)、超溫保護開關(guān)、風(fēng)過載開關(guān)、相序開關(guān)等等19。3.4.3 控制輸出空調(diào)控制器中的輸出量一般都選用繼電器，因為輸出量比較多，采用繼電器開關(guān)就可以實現(xiàn)各種信號量的輸出通斷19。而此

49、次控制輸出開關(guān)局部主要有壓縮機、外加熱、通閥、冷凍冷卻水泵、循環(huán)水泵等。3.4.4 電源輸入與RS-485接口毫無疑問，電源的輸入主要是為了給空調(diào)控制器提供電量，一般的電源都是采用家庭用電，即220V，50Hz的標準用電。此外，RS-485通信接口是為了通過總線與GPRS通信控制器HAC進展數(shù)據(jù)傳輸通信，而RS-485接口電路已經(jīng)在本章第一局部作了說明。RS-485接口使用半雙工通信模式，并經(jīng)過專用的通信協(xié)議進展數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。而在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中包含了各種控制與反響信息，比方:空調(diào)的狀態(tài)和相應(yīng)的工作模式，空調(diào)溫度值，故障信息，空調(diào)的各項運行參數(shù)的反聵信息，遠程端對空調(diào)的各種控制信息等。第4章

50、家用空調(diào)智能終端軟件設(shè)計硬件撐起了個系統(tǒng)的根本骨架，各個局部是器官；則基于嵌入式操作系統(tǒng)的軟件則是整個系統(tǒng)的血管和神經(jīng)。相比之下，軟件局部的難度比較大，是實現(xiàn)遠程控制的精華和靈魂所在，此次軟件系統(tǒng)實現(xiàn)了對相關(guān)數(shù)據(jù)的處理、模擬通信、界面顯示等相關(guān)功能。4.1 開發(fā)環(huán)境介紹有一個軟件編程環(huán)境是軟件局部的根底，而嵌入式操作系統(tǒng)的軟件編程不僅要求系統(tǒng)具有實時性，而且要求軟件語言對硬件具有直接的控制操作能力。由于匯編語言的編程難度較高，所以此次采用了熟悉且通用化程度較高的C語言來編程。家用智能終端軟件包含了主程序模塊、溫度控制模塊、液晶顯示模塊等模塊化編程，區(qū)清楚顯，清晰明了。Keil uvision3

51、是一種可用于多種51MUC的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，同時它也是一種強大的針對各種嵌入式處理器的軟件開發(fā)工具，它集編輯、編譯和仿真于一體，界面簡單易學(xué)好用，功能強大，是單片機應(yīng)用程序軟件開發(fā)最適宜的工具之選。除了在原有根底上增加模版編輯、功能導(dǎo)航以及搜索功能外，Keil uvision3還提供了一個置向?qū)Чδ?，加速了程序啟動和相關(guān)配置文件的生成?？紤]到對軟件的熟悉程度，因此系統(tǒng)選擇AT89C51單片機作為核心MUC，以Keil uvision3作為了編譯仿真軟件。4.2 GPRS通信控制器軟件設(shè)計GPRS通信控制器任務(wù)模塊是軟件系統(tǒng)中的核心功能局部，它的主要任務(wù)是串口連接的建立，手機短信通過GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)與SIM900A模塊通信連接的建立，SIM900A通過RS-232串口電路與單片機AT89C51連接互通，單片機與空調(diào)控制器經(jīng)過RS-485接口電路連接互通，空調(diào)控制器再去控制空調(diào)的各種狀態(tài)。單片機發(fā)送AT指令對系統(tǒng)的主要操作功能都是在這一任務(wù)堆棧中實現(xiàn)的。GPRS通信控制器的程序以串口通信、中斷請求效勞為根底，來實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的接收、處理與發(fā)送。由于GPRS通信控制器是整個控制系統(tǒng)的中樞，信息的往