基于STM32的廣播發(fā)射臺(tái)空調(diào)智能控制系統(tǒng)

李熙浤　許超

摘 要 針對(duì)機(jī)房風(fēng)冷系統(tǒng)所使用的傳統(tǒng)工業(yè)空調(diào)遙控面板均是固定在墻壁上，值班員操作起來不方便等缺陷，在STM32模擬智能空調(diào)遙控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)房風(fēng)冷系統(tǒng)中傳統(tǒng)的工業(yè)空調(diào)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)對(duì)非智能空調(diào)的遠(yuǎn)程控制。該系統(tǒng)通過中斷接收來自PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手或是手機(jī)APP的控制信號(hào)，進(jìn)而完成對(duì)空調(diào)的控制，并在LCD上同步更新顯示當(dāng)前空調(diào)設(shè)定的溫度、模式、風(fēng)速、開關(guān)狀態(tài)和檢測(cè)到的廣播發(fā)射機(jī)及其附屬設(shè)備的溫濕度，使當(dāng)班人員能夠方便、快捷地對(duì)空調(diào)進(jìn)行監(jiān)控和操作。

關(guān)鍵詞 廣播發(fā)射臺(tái) STM32 WIFI 空調(diào)

0 引言

我臺(tái)兩部S7HP中波發(fā)射機(jī)發(fā)射功率較大，在工作運(yùn)行時(shí)功放模塊、變壓器等設(shè)備容易產(chǎn)生較高的熱量。其風(fēng)冷統(tǒng)由四臺(tái)特靈ZK-20組合式空調(diào)機(jī)組組成，其控制面板固定在墻壁上，值班員如要對(duì)空調(diào)制冷溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，需要先從監(jiān)控工位上步行到空調(diào)的控制面板前才能進(jìn)行操作，耗時(shí)又費(fèi)力，使用起來很不方便。我臺(tái)機(jī)房技術(shù)人員經(jīng)過探討、總結(jié)，提出了基于STM32模擬智能空調(diào)遙控系統(tǒng)對(duì)空調(diào)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的解決方案，可以幫助值班人員在監(jiān)控工位上即可使用電腦或者手機(jī)對(duì)空調(diào)進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效的監(jiān)控和操作。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

通過PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)串口發(fā)送控制信號(hào)到是單片機(jī)無線模塊，或是通過手機(jī)app發(fā)送指令到云端服務(wù)器，無線模塊讀取命令并傳送給單片機(jī)I/O，I/O收到信號(hào)后進(jìn)入相應(yīng)的中斷程序，控制電氣線路到空調(diào)微電腦控制器的輸出，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)的控制。單片機(jī)WiFi模塊收到手機(jī)APP或PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手的控制信號(hào)時(shí)，LCD屏開始工作，顯示機(jī)房溫濕度，空調(diào)設(shè)定的溫度與模式，并在連續(xù)兩分鐘之內(nèi)終端與設(shè)備之間沒有任何數(shù)據(jù)傳輸時(shí)進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待再次喚醒。

系統(tǒng)分為五大部分（如圖1所示）：（1）STM32控制系統(tǒng)；（2）溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)；（3）LCD顯示系統(tǒng)；（4）WiFi串口通信系統(tǒng)；（5）云端服務(wù)器與APP系統(tǒng)。

本系統(tǒng)硬件電路基于STM32F103芯片，STM32在嵌入式介于低端與高端的領(lǐng)域之間，它對(duì)于普通的8/16位機(jī)來說有更多的片上外設(shè)，內(nèi)核結(jié)構(gòu)更加的先講，而且其成本低，功耗低，實(shí)時(shí)性強(qiáng)， STM32是通過直接調(diào)用庫(kù)函數(shù)來完成功能的實(shí)現(xiàn)，開發(fā)直接省時(shí)，且再次修改程序時(shí)方便易讀。

溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)使用DHT11溫濕度傳感器，DHT11檢測(cè)溫度范圍0～50℃（精度為+/-1℃），濕度20～90%（精度為？/- 4%），我們正?？照{(diào)開啟時(shí)機(jī)房溫濕度在此量程之內(nèi)，且其體積小功耗低，且與單片機(jī)連接方便，價(jià)格實(shí)惠。

WiFi通信模塊采用ESP8266串口WiFi無線收發(fā)模塊，該模塊是符合WiFi無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的UART-WiFi嵌入式模塊，具有雙排（2 X 4）插針式接口，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口數(shù)據(jù)與無線網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換。ESP8266模塊支持三種工作模式：一種是通過服務(wù)器連接網(wǎng)絡(luò)，再通過移動(dòng)終端或是PC機(jī)遠(yuǎn)程控制設(shè)備；一種是以這個(gè)模塊作為無線熱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)模塊與移動(dòng)設(shè)備的通信；還有一種模式是這兩種的結(jié)合，可以通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無縫切換。[1]該模塊靈活通用。用網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手創(chuàng)建一個(gè)TCP服務(wù)器，在協(xié)議類型處選擇TCP Server協(xié)議，本機(jī)IP地址一般會(huì)默認(rèn)自動(dòng)填入本機(jī)IP，若有多個(gè)IP也可以自己修改，設(shè)置端口號(hào)，然后點(diǎn)擊連接。通過發(fā)送區(qū)發(fā)送控制命令，WiFi模塊讀取控制碼，且根據(jù)相應(yīng)碼段發(fā)送紅外碼 ，實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)的控制，同時(shí)LCD上更新當(dāng)前空調(diào)設(shè)定值和機(jī)房溫濕度。為了節(jié)省功耗，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)在STM32單片機(jī)連續(xù)兩分鐘之內(nèi)沒有收到命令進(jìn)入休眠狀態(tài)，有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)自動(dòng)喚醒。

手機(jī)用戶端所需要完成的功能是對(duì)空調(diào)的智能控制，手機(jī)用戶端利用WiFi網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制信號(hào)到服務(wù)器端，服務(wù)器端在接收到信號(hào)后做出相應(yīng)的判斷然后，傳輸給設(shè)備。手機(jī) APP的制作是基于在Android平臺(tái)搭建好APP界面，根據(jù)相應(yīng)的要求進(jìn)行程序的編輯，已達(dá)到所要實(shí)現(xiàn)的要求，然后通過USB連接手機(jī)移動(dòng)端和電腦，將APP導(dǎo)入到手機(jī)終端。通過手機(jī)終端實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)房空調(diào)的控制。在設(shè)計(jì)上使用Google公司完全開發(fā)的Android編程環(huán)境Google APP Inventor，在對(duì)它的使用中，只要有Google賬號(hào)就可以登錄，然后在線完成所需要的功能后打包apk程序并下載到手機(jī)。它拋棄了復(fù)雜的程序代碼模式，采用搭積木的堆疊的方法來完成Android程式。本設(shè)計(jì)的機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的控制是以制作STM32面板來取代空調(diào)的遙控開關(guān)，手機(jī)用戶端使用WiFi功能與硬件STM32上的無線傳感器WiFi模塊進(jìn)行連接，控制的命令信號(hào)先進(jìn)行編碼后通過網(wǎng)絡(luò)層發(fā)送到所連接的無線網(wǎng)關(guān)，在信號(hào)傳輸?shù)接布虾?，微處理器?huì)以無線通信的過程將收到的信號(hào)進(jìn)行解析，通過點(diǎn)亮硬件板上的LED燈來表示開啟狀態(tài)。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的程序也分為幾個(gè)部分，系統(tǒng)初始化之后，設(shè)置WiFi各種參數(shù)，測(cè)試WiFi能否順利連接，系統(tǒng)上電后，主控制器一直處于檢測(cè)狀態(tài)，溫濕度傳感器該功能實(shí)現(xiàn)是會(huì)有5秒左右的初始化時(shí)間，此時(shí)程序控制LCD拼屏幕顯示“Intitalizing”，成功讀取數(shù)據(jù)后，LCD顯示機(jī)房溫濕度和空調(diào)狀態(tài)，且發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手，檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)是否失去連接，沒有失去連接則通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手發(fā)送指令，無線模塊收到指令且發(fā)送對(duì)應(yīng)紅外碼，發(fā)送成功LCD同時(shí)更新顯示的空調(diào)模式狀態(tài)，并返回值“1”，表示成功控制空調(diào)，若網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手在兩分鐘之內(nèi)沒有收到返回值，則系統(tǒng)進(jìn)入省電模式。本文部分代碼如下：

If（DHT11_Read_TempAndHumidity（&DHT11;_Data）==SUCCESS）

{Sprint（cStr，”＼r＼n讀取溫濕度數(shù)據(jù)成功?。躵＼n＼r＼n溫度為：%d%d濕度為：%d.%d%＼r＼n”，

DHT11_Data.humi_int，DHT11_Data.humi_deci，DHT11_Data.temp_int，DHT11_Data.temp_deci）；

Sprint（cStr，”H：%d.%d %%RH T：%d.%d C”，

DHT11_Data.humi_int，DHT11_Data.humi_deci，DHT11_Data.temp_int，DHT11_Data.temp_deci）；}

Wifi_data=ESP8266_ReceiveString（ENABLE）；

If（wifi_data！=0）

{strEsp8266_Fram_Record.InfBit.FramLength=0；

strEsp8266_Fram_Record. InfBit.FramFinishFlag=0；

ESP8266_SendString（ENABLE，”1”，0，Single_ID_0）；

ILI9341_BackLed_Control（ENABLE）；}

IF（t1<0）

t1=27；

Sprintf（t_display，”Temperature：%d”，t1）；

ILI9341_DispString_EN（50，34，t_display，macWHITE，macBLACK）；

Transmit[8]=0；

LCD_cnt=0；

ILI9341_BackLed_Control（ENABLE）；

Flag=0；

Sprint（tStrl，”%d%d%d%d%d%d%d%d%d”，

transmit[0]，transmit[1]， transmit[2]， transmit[3]，

transmit[4]， transmit[5]， transmit[6]， transmit[7]， transmit[8]）；

ILI9431_DispString_EN（20，160，cStrl，macWHITE，macBLACK）；

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量與分析

3.1 LCD顯示屏測(cè)試

Lcd顯示屏共有三種狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備通電時(shí)，進(jìn)入初始化狀態(tài)，這段時(shí)間約為3～8s，屏幕顯示“Intitalizing”初始化狀態(tài)；當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，設(shè)備進(jìn)入工作狀態(tài)，LCD上顯示此時(shí)空調(diào)設(shè)定的溫度，模式，風(fēng)速和開關(guān)，并顯示機(jī)房當(dāng)前的溫濕度，工作模式狀態(tài)（如圖3所示）；經(jīng)測(cè)試均能正常使用，如圖3所示：

3.2 WiFi通信測(cè)試

下載TCP/UDP測(cè)試工具，用于配合WiFi數(shù)據(jù)收發(fā)調(diào)試工具軟件。[2]建立連接后，通過網(wǎng)絡(luò)助手發(fā)送命令檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)WiFi模塊設(shè)置與控制，完成網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)收發(fā)。數(shù)據(jù)發(fā)送成功則回傳1（如圖4所示）。對(duì)于數(shù)據(jù)源，主要是指通過串口進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)給STM32，本文主要是使用PC機(jī)，而對(duì)于WiFi模塊則主要負(fù)責(zé)連接網(wǎng)絡(luò)、發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，但其主要功能還是需要STM32進(jìn)行控制，亦可通過手機(jī)APP控制（如圖5所示）。

WiFi發(fā)送控制碼碼段共有4位，依次分別代表溫度、模式、掃風(fēng)等級(jí)、空調(diào)開關(guān)。第一位為溫度（16度～30度），用a代表16度，b代表17度，以此類推；第二位為模式，A代表自動(dòng)模式，C代表制冷模式，D代表除濕模式，H代表加熱模式；第三位為掃風(fēng)等級(jí)，W代表自動(dòng)檔，X代表1檔，Y代表2檔，Z代表3檔；第四位為開關(guān)，R代表開，S代表關(guān)。

在網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手窗口發(fā)送“aHWR”，根據(jù)碼段解碼，即16度，模式自動(dòng)，風(fēng)速自動(dòng)，開啟空調(diào)，當(dāng)主控制機(jī)收到指令發(fā)送紅外碼，且空調(diào)模式與預(yù)期設(shè)定吻合，網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手收到返回值“1”，表示已經(jīng)成功控制空調(diào)，且LCD也同時(shí)更新顯示空調(diào)狀態(tài)（如圖6所示），經(jīng)反復(fù)測(cè)試各個(gè)模式溫度風(fēng)速，LCD顯示模塊，無線通信模塊，溫濕度檢測(cè)模塊，均能正常工作，成功開啟關(guān)閉空調(diào)，且符合傳輸碼段設(shè)置，各個(gè)模塊狀態(tài)一一對(duì)應(yīng)。

4 總結(jié)

本文主要是設(shè)計(jì)一種結(jié)合串口通信技術(shù)與無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能空調(diào)遙控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了PC機(jī)串口控制與手機(jī)APP控制的雙移動(dòng)終端控制。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)機(jī)房的溫濕度情況和空調(diào)的當(dāng)前設(shè)置狀態(tài)，通過服務(wù)器將數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)奖O(jiān)控終端進(jìn)行顯示。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究，得到了機(jī)房各位同事們的大力支持，經(jīng)過一段時(shí)間的調(diào)試和驗(yàn)證，系統(tǒng)各模塊性能穩(wěn)定，各控制終端均運(yùn)行正常，提高了我臺(tái)發(fā)射機(jī)風(fēng)冷系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉元安.無線局域通信網(wǎng).中興通訊技術(shù)，2002.8（6）：16-18.

[2] 黃立明.地類遙感影像特征檢索庫(kù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建立[D].昆明理工大學(xué)，2009.