基于ARM應用網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)的組建

摘 要：隨著科學技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)也更加完善，逐漸向著低耗能、高性能的方向發(fā)展，大大降低了費用投入，研發(fā)出多種ARM設(shè)備，功能拓展接口更加多樣化，系統(tǒng)平臺應用也逐漸穩(wěn)定。ARM（Advanced RISC Machines）是一種RISC微處理器，屬于32位設(shè)計，具有明顯的優(yōu)勢，在自動化工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中占據(jù)著極高的地位。該文主要分析了網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)架構(gòu)，從硬件配置、軟件配置及軟件設(shè)計等角度研究了基于ARM應用網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)的組建流程，并進行了工程試驗模型，以期進一步探索嵌入式網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)的組建要求和要點，更好的指導實際系統(tǒng)組建工作的開展。

關(guān)鍵詞：ARM 空調(diào)程控系統(tǒng) 軟件配置 組建

中圖分類號：TP368 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（b）-0080-02

當空調(diào)在規(guī)模較大的場所應用時，會消耗大量的電能，管理和維護難度增大，這就需要組建相應的網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)，在ARM處理器的基礎(chǔ)上，借助占用空間小、耗能少的終端對整合系統(tǒng)進行調(diào)控，保證空調(diào)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，提高管理工作效率。研究基于ARM應用網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)的組建具有非常重要的意義，能夠提升物業(yè)整體管理水平，提高管理效率，深化對嵌入式處理器的探索和研究，形成系統(tǒng)的計算機嵌入式系統(tǒng)研究方案，為相關(guān)研究提供參考意見。

1 網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)架構(gòu)分析

系統(tǒng)用戶、控制器、數(shù)據(jù)采集器、ARM9終端處理器、Web服務器是構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)的幾大部分，系統(tǒng)的關(guān)鍵部件為終端和Web服務器，借助互聯(lián)網(wǎng)的作用，進行穩(wěn)定、持續(xù)的工作，實現(xiàn)通訊功能。實時性的獲得空調(diào)運行狀況，使用戶個人電腦能夠及時顯示出相關(guān)的運行數(shù)據(jù)信息是網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)的主要作用，還可以對不同用戶的請求進行反應，并根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫將操作指令傳輸至終端，達到調(diào)控空調(diào)運行參數(shù)或狀態(tài)的效果[1]。Micro2440-ARM9開發(fā)板是網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)終端的主要元件，主要包括兩大部分，即Micro2440SDK底板、Micro2440核心板，同上部結(jié)構(gòu)利用RJ-45接頭服務器與終端有效的連接起來，在下部結(jié)構(gòu)上則借助RS232串口數(shù)據(jù)采集器及分析器進行連接。服務器在發(fā)出操作指令后，終端接收、顯示相關(guān)的指令，對指令進行進一步的轉(zhuǎn)化，使轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)能夠被數(shù)據(jù)采集器的串口直接讀取，簡化了執(zhí)行操作過程。終端接收的數(shù)據(jù)信息是由串口傳輸?shù)?，?jīng)過數(shù)據(jù)采集器的預先處理，接收后會進行進一步的過濾和轉(zhuǎn)換操作，最終交由服務器進行處理。

S3C2440微處理器可以提供三個串口，允許在系統(tǒng)中介入三臺數(shù)據(jù)采集器，若系統(tǒng)中五匹空調(diào)共為三臺，共計空間為210M2，可以支持串口數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。在串口連接作用下，采集器同終端的數(shù)據(jù)傳輸效率明顯增強，通訊質(zhì)量提高[2]?？照{(diào)電源能夠利用采集器進行調(diào)控，控制途徑為紅外遙控編碼，通過濾波磁環(huán)，對電流分量進行采集，進行模擬/數(shù)字處理后將數(shù)據(jù)庫同實際空調(diào)運行狀況進行對比分析，向終端傳送最終的對比結(jié)果，使服務器獲取有關(guān)信息，進行實時性的顯示。

2 基于ARM應用網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)的硬件組成

（1）終端硬件配置。

Micro2440-ARM9開發(fā)板為系統(tǒng)終端，構(gòu)成元件為Micro2440核心板，應用的是COMS標準宏單元、存儲器單元和ARM920T內(nèi)核主板，性能優(yōu)越，能耗大大減小，能夠節(jié)約費用投入，得到了普遍推廣應用[3]。系統(tǒng)中應用的Micro2440SDK底板、Micro2440核心板，對提升系統(tǒng)性能有極大的幫助，其特性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：內(nèi)部中央處理器是由Samsung集團生產(chǎn)，型號為S3C2440，內(nèi)存主頻為400Mhz；系統(tǒng)帶有液晶顯示器觸摸屏，屏幕尺寸為3.5寸；網(wǎng)絡(luò)帶有一個RJ-45接口；含有三和通道的采集和串口傳輸UART；WDT定時器為16位；高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器為8通道、10位；S3C2440 SDRAM內(nèi)存驅(qū)動；ARM Cortex 應用處理器；RS-232串行接口及通用串行總線端口等。上述終端硬件配置不僅占用空間小，還為用戶的操作管理提供了極大的便利，能耗明顯降低，能夠提供多樣化、個性化的服務，方便后期維護工作的開展。

（2）服務器硬件配置。

在研究基于ARM應用網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)的組建流程過程中，可以選取一臺或兩臺空調(diào)作為研究對象，利用ARM9處理器對空調(diào)工作狀況進行監(jiān)控。服務器在用戶訪問量較少時候能夠高效的運行，但當增大訪問量或擴大監(jiān)控空調(diào)數(shù)量時，就需要借助硬件配置來增強工作穩(wěn)定性[4]。系統(tǒng)中服務器硬件配置的各項參數(shù)如下：7200轉(zhuǎn)320G的SATA硬盤、DDR3 1G內(nèi)存、1000MBPS集成以太網(wǎng)卡及Intel Pentium E5400中央處理器。

（3）采集器硬件配置。

STC89C52RC單片機（8位）是基于ARM應用網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)的主要采集器硬件，此外還包括模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、紅外線接收發(fā)送裝置及RS-3串口。采集器硬件結(jié)構(gòu)布局簡單明了，如果需要對空調(diào)裝置進行更換，只需進行簡單的更新采集器內(nèi)存資料工作即可。

3 基于ARM應用網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)的軟件設(shè)計

在網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)軟件組成方面，可編程DSP主控制單元主要應用的是大型系統(tǒng)程序設(shè)計模塊化方式，涉及到大量的軟件，各個軟件的功能作用具有很大的差異，包括：通信、串口或外部中斷服務、顯示、計算、初始化、主監(jiān)控及診斷等多個程序。當數(shù)據(jù)信息傳輸中斷現(xiàn)象后，需要應用定時器、串口及外部三種終端服務程序，而主監(jiān)控程序負責對系統(tǒng)中各個子模塊進行調(diào)控，協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)的整體功能，能夠借助通斷電的方式進行自動化運行，系統(tǒng)運行效率得到明顯改善。

系統(tǒng)軟件應用程序均用匯編語言進行編寫，這就使得軟件運行效率更高，可編程DSP的輸入、輸出端口及外部硬件中斷的狀態(tài)來對外部事件進行查詢、反應和執(zhí)行操作。在中斷接收數(shù)據(jù)信號時，處在集成開發(fā)環(huán)境下，能夠利用IDLE指令，大大降低能耗，能夠快速、及時的響應線路監(jiān)控狀況，有效的避免中斷響應現(xiàn)象的發(fā)生。在系統(tǒng)初始化運行的過程中，可以暫時屏蔽價值不大的數(shù)據(jù)信息的輸送，在系統(tǒng)中輸入中斷返回指令，對中斷程序進行控制。

4 基于ARM應用網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)的軟件配置

（1）終端軟件配置。

基于ARM應用網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)的終端軟件配置選用的是微軟嵌入式移動平臺操作系統(tǒng)Windows CE 6.0，能夠滿足廣大用戶的操作標準。由于Windows CE特有的性質(zhì)，不受處理器的約束和限制，結(jié)構(gòu)和模塊化特點顯著，能夠為用戶提供優(yōu)質(zhì)的圖形界面，允許用戶應用傳統(tǒng)的函數(shù)及編程工具進行操作，更加人性化。在進行軟件配置的過程中，可以在原有系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)上，進行稍微的改進和移植，適用性較強[5]。

（2）服務器軟件配置。

由于網(wǎng)站的用途不同，選取的Web系統(tǒng)也會存在很大的差異，在進行系統(tǒng)軟件配置的過程中，通常以需求為導向，應用實用性較強的軟件，滿足廣大用戶的多樣化需求。將Windows平臺下的用戶個人計算機作為系統(tǒng)服務器，借助超文本預處理器（Hypertext Preprocessor）對網(wǎng)頁代碼進行編寫，可以實現(xiàn)跨平臺操作，服務的主要對象為用戶。選取應用率最高的Web服務器軟件—Apache作為網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)的服務器軟件，利用由MySQL AB公司生產(chǎn)研制的MySQL作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。在進行跨平臺操作的過程中，需要將上述三種軟件進行有效的整合，構(gòu)建成性能優(yōu)越的服務器，為系統(tǒng)的可靠運行奠定堅實的基礎(chǔ)。

（3）終端應用軟件的選取。

基于ARM應用網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)在選取終端應用軟件的過程中，最關(guān)鍵的兩項內(nèi)容為WINCE6.0開發(fā)環(huán)境搭建、應用程序配置。搭建WINCE6.0開發(fā)調(diào)試環(huán)境的具體操作步驟如下：利用通用串行總線端口，將用戶個人計算機同安裝好的ARM9 2440開發(fā)板連接起來，在計算機中會自動執(zhí)行相應的設(shè)備連接管理程序的下載、安裝任務，實現(xiàn)了個人計算機同ARM處理器數(shù)據(jù)信息的共享；完成上述操作后，需要在系統(tǒng)平臺中安裝VS2005，結(jié)合系統(tǒng)中開發(fā)應用程序的實際狀況，選用合理的軟件開發(fā)工具包插件（Software Development Kit）。在對基于ARM應用網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)組建流程進行研究時，還需要應用如mini2440 Windows CE 5.0 SDK等其他的開發(fā)軟件。在具備良好的WINCE6.0開發(fā)環(huán)境的情況下，網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)應用程序開發(fā)工作效率會大大提升，能夠進行調(diào)試工作。

而在對系統(tǒng)應用程序進行配置的過程中，應用軟件流程為：在運行系統(tǒng)應用程序時，要先對網(wǎng)絡(luò)寄存器進行讀取，查看是否存在新的數(shù)據(jù)信息，在內(nèi)存中讀取更新的數(shù)據(jù)，并根據(jù)串口通道劃分為不同的類型，將整理后的數(shù)據(jù)信息在COM通道進行顯示和發(fā)送；如果并未檢測到新的數(shù)據(jù)，就需要將COM端口（3個）數(shù)據(jù)進行讀取，之后對數(shù)據(jù)信息進行打包處理，在通道中顯示空調(diào)的運行狀況，實時性的掌握空調(diào)的工作狀態(tài)；基于ARM應用網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)需要在串口發(fā)送數(shù)據(jù)信息時，需要停止當前的COM端口接收數(shù)據(jù)工作，待發(fā)送操作結(jié)束之后繼續(xù)進行接收操作[6]。

（4）采集器軟件的實現(xiàn)。

網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)中的采集器能夠發(fā)揮多種作用，不僅可以接收由串口發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，對終端數(shù)據(jù)信息進行進一步的解析，發(fā)送并接收紅外遙控信號，并對繼電器進行調(diào)控，還能夠利用模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的作用，對空調(diào)電流分量進行實時性的收集，并對比其和內(nèi)存電流分量的差異，向終端發(fā)送最終的對比結(jié)果，為空調(diào)的調(diào)控工作提供可靠的數(shù)據(jù)。串口通訊模塊、輸出與處理信息模塊、模擬/數(shù)字處理與轉(zhuǎn)換模塊、紅外接收與發(fā)送代碼模塊等是構(gòu)成系統(tǒng)內(nèi)采集器程序的主要模塊。

5 結(jié)語

研究基于ARM應用網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)的組建能夠優(yōu)化和調(diào)整構(gòu)建流程，使遠程調(diào)控空調(diào)的運行狀況更加穩(wěn)定，構(gòu)建了方便、實用的電器管理平臺，減輕了物業(yè)管理部門的工作量。在組建基于ARM應用網(wǎng)絡(luò)程控空調(diào)系統(tǒng)的過程中，需要基于操作平臺，對系統(tǒng)不斷進行開發(fā)、應用，應基于整體的角度，統(tǒng)籌把握硬件配置、軟件配置和軟件設(shè)計等方面的內(nèi)容，實現(xiàn)空調(diào)運行狀態(tài)的智能化和自動化控制，保證空調(diào)的穩(wěn)定、可靠的運行。在今后的研究和完善過程中，應將改進采集器、下位機二者的通訊狀況擺在重要的位置，充分發(fā)揮無線傳輸技術(shù)的優(yōu)勢，簡化系統(tǒng)組件安裝工作，使布線安裝工作更加集中化，提高了資源的利用率。

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