摘 要: 本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于通信控制器的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)使用中央空調(diào)機(jī)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(lái)完成空調(diào)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)、采集和存儲(chǔ)。采用JSP技術(shù)將工作數(shù)據(jù)以Web網(wǎng)頁(yè)的形式發(fā)布，并提供了網(wǎng)頁(yè)交互管理功能來(lái)完成遠(yuǎn)程管理控制，另外還可使用手機(jī)短消息方式，來(lái)共同實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 關(guān)鍵字: 遠(yuǎn)程控制; 通信控制器; Internet 1 引言 　　近些年來(lái)，隨著國(guó)際國(guó)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(shí)，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(lèi)產(chǎn)品。將無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)與中央空調(diào)的監(jiān)測(cè)控制結(jié)合起來(lái)，不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)中央空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，也能實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的遠(yuǎn)程控制。 2 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 　　本文為實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)的遠(yuǎn)程控制，設(shè)計(jì)了一種基于通信控制器的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，總體上是通過(guò)GSM/GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用SMS（短消息）技術(shù)和GPRS（通用分組無(wú)線(xiàn)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(lái)，以位于Internet網(wǎng)絡(luò)中的中心服務(wù)器為核心，達(dá)到將中央空調(diào)的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息和對(duì)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(gè)對(duì)中央空調(diào)遠(yuǎn)程控制的完整平臺(tái)。針對(duì)中央空調(diào)設(shè)備的特點(diǎn)和實(shí)際使用情況，本系統(tǒng)由中央空調(diào)機(jī)組控制器、GSM/GPRS通信控制器和Internet中心服務(wù)器三個(gè)部分組成。 3 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 　　整個(gè)基于通信控制器的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的硬件部分主要由中央空調(diào)機(jī)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(jī)（MSP430F147）是數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹袠?，它通過(guò)RS-85總線(xiàn)接口與中央空調(diào)機(jī)組控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。以中斷方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和處理后，控制GSM/GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊進(jìn)行與中心服務(wù)器/管理者手機(jī)之間的信息收發(fā)，從而完成系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制功能。 [align=center] 圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖[/align] 　　3.1 機(jī)組控制器與機(jī)組控制器選型 　　本系統(tǒng)中的機(jī)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(kuò)展功能和可遠(yuǎn)程控制的特點(diǎn)。不僅一種控制器可以實(shí)現(xiàn)多種功能，而且可以任意擴(kuò)展不同的控制模塊，應(yīng)用方便，也便于采購(gòu)和維護(hù)。 　　一些無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備生產(chǎn)廠(chǎng)家把通信產(chǎn)品的核心部分，包括單片機(jī)、電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、控制與顯示、語(yǔ)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(wú)線(xiàn)通信模塊內(nèi)部。法國(guó)WAVEECOM公司的Q2400系列（Q2403、Q2406）GPRS/GSM無(wú)線(xiàn)通信模塊是基于GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊。模塊能夠支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、傳真等功能。在GPRS不可用的地區(qū)，還可以通過(guò)GSM短消息傳輸數(shù)據(jù)。 　　3.2 單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 　　系統(tǒng)選用美國(guó)德州儀器公司的一款超低功耗的Flash型混合信號(hào)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(jī)與MAX485間的連線(xiàn)主要有三條，兩條負(fù)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(dòng)器輸入端）相連，用于單片機(jī)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(jī)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(jī)的引腳 P3.3作控制信號(hào)，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(jī)與Q2406B之間雖然通過(guò)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(shí)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(hào)線(xiàn)，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(jì)與實(shí)現(xiàn) 　　對(duì)于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，電源是很重要的動(dòng)力部分，電源輸出電壓的精確性和穩(wěn)定性對(duì)整個(gè)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(jī)MSP430F147的工作電源為1.8V-3.6V，而無(wú)線(xiàn)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(shí)會(huì)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低功耗，同時(shí)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(jī)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(jiàn)，本系統(tǒng)所采用的電源具有電路簡(jiǎn)潔、外圍元器件少的特點(diǎn)，這樣既簡(jiǎn)化了線(xiàn)路設(shè)計(jì)，又節(jié)省了空間，同時(shí)器件數(shù)目減少也有助于提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。 4 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 　　本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括兩大部分，即GSM/GPRS通信控制器部分的程序設(shè)計(jì)和中心服務(wù)器端的服務(wù)器程序設(shè)計(jì)，這兩大部分分別完成不同的功能，又互相配合共同完成對(duì)中央空調(diào)的遠(yuǎn)程控制功能。 　　4.1 GSM/GPRS通信控制器的程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 　　GSM/GPRS通信控制器部分的程序設(shè)計(jì)實(shí)際上就是單片機(jī)內(nèi)嵌程序的編寫(xiě)和調(diào)試。在編程調(diào)試時(shí)我們使用了瑞典 IAR Systems公司針對(duì)MSP430的開(kāi)發(fā)平臺(tái) IAR Embedded Workbench EW430（簡(jiǎn)稱(chēng)EW430），該平臺(tái)功能非常強(qiáng)大、內(nèi)建MSP430特性擴(kuò)展優(yōu)化、內(nèi)部函數(shù)支持低功耗模式、支持C和匯編語(yǔ)言混合編程，特別適合于MSP430系列單片機(jī)的嵌入式開(kāi)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(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化，包括單片機(jī)時(shí)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(rèn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的恢復(fù)（如時(shí)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(xún)SIM卡網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)情況，直到注冊(cè)成功，接著建立 GPRSTCP連接，進(jìn)入TCP數(shù)據(jù)傳輸模式，最后單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)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(jì)與實(shí)現(xiàn) 　　中心服務(wù)器部分的程序設(shè)計(jì)實(shí)際上就是對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的接收處理及反向控制的實(shí)現(xiàn)這兩大功能部分的程序設(shè)計(jì)。涉及的內(nèi)容包括服務(wù)器后臺(tái)監(jiān)聽(tīng)處理程序、JSP前臺(tái)網(wǎng)頁(yè)發(fā)布界面設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)處理。 　　1、數(shù)據(jù)通道部分程序設(shè)計(jì) 　　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(duì)接收到的工作數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理;反向傳送控制命令數(shù)據(jù)。這些功能都通過(guò)Java語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)。 　　1） 建立TCP連接。GSM/GPRS通信控制器通過(guò)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(qǐng)求，服務(wù)器端通過(guò)Java監(jiān)聽(tīng)程序接收到這一請(qǐng)求后，雙方建立TCP通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這里使用的是套接字機(jī)制，Socket是面向客戶(hù)/服務(wù)器模型設(shè)計(jì)的，網(wǎng)絡(luò)上的兩個(gè)程序通過(guò)一個(gè)雙向的通信連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。Java中有多個(gè)類(lèi)允許用戶(hù)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(lèi)和Java.net, ServerSocket類(lèi)。中心服務(wù)器創(chuàng)建一個(gè)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(tīng)，使用accept（）方法等待客戶(hù)連接。accept（）方法在一個(gè)客戶(hù)端連接之前一直處于阻塞狀態(tài)，客戶(hù)接入后返回一個(gè)Socket實(shí)例，用于與客戶(hù)通信。連接建立后，一般以InputStream和OutputStream流處理與客戶(hù)端的數(shù)據(jù)傳輸。服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)由JDBC來(lái)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(guò)來(lái)的工作數(shù)據(jù)幀，將按照通信協(xié)議的規(guī)定格式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。主要是將數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)項(xiàng)提取后存入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。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(yè)面進(jìn)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(jìn)行封裝，然后放入發(fā)送緩沖區(qū)，最后通過(guò)已建立的TCP通道傳送給前端GSM/GPRS通信控制器，從而完成對(duì)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(jìn)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(jì)都比較簡(jiǎn)單，這里不再詳細(xì)說(shuō)明。 　　3、控制通道部分程序的設(shè)計(jì)與實(shí)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(yè)發(fā)布;管理者通過(guò)控制頁(yè)面設(shè)置參數(shù)進(jìn)行對(duì)中央空調(diào)的遠(yuǎn)程控制。程序設(shè)計(jì)時(shí)主要使用了JSP、JavaBean和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。由于篇幅限制，這里不詳細(xì)介紹。 本文作者創(chuàng)新點(diǎn) 　　本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于通信控制器的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn):硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、外圍元器件少、低功耗、工作可靠性高;軟件設(shè)計(jì)使用模塊化程序設(shè)計(jì)方法，便于擴(kuò)展、調(diào)試、修改;遠(yuǎn)程控制功能實(shí)現(xiàn)方式靈活高效，SMS和TCP數(shù)傳功能無(wú)縫結(jié)合，對(duì)時(shí)間、空間條件限制少;采用B/S模式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在線(xiàn)控制功能，對(duì)客戶(hù)端要求低;短消息控制命令字可自由定義，控制方式個(gè)性化;整個(gè)系統(tǒng)軟硬結(jié)合、功能強(qiáng)大，安裝調(diào)試方便。 參考文獻(xiàn): 　　[1] 劉衛(wèi)華.制冷空調(diào)新技術(shù)及進(jìn)展[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005 　　[2] 張曙偉，郭發(fā)東.石油平臺(tái)水文氣象觀(guān)測(cè)控制報(bào)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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