基于MC37i的空调远程控制系统设计
2016-03-14刘萌萌王祯祯李丽艳
刘萌萌+王祯祯+李丽艳
摘 要 本文介绍一种基于MC37i的空调远程控制系统，用户可通过GSM发送短信息控制空调开关，并可实时监控空调的状态。系统结构简单、灵活性强、成本低廉。
关键词 空调远程控制 GSM MC37i
中图分类号：TN 929.5 文献标识码：A
0引言
随着计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术的高速发展，人们对生活的便捷性、居住环境的安全性、舒适性要求越来越高。与此同时，智能家居伴随互联网和手机的普及，已悄然进入人们生活。如何建立一个高效率、低成本的智能家居已成为一个热点问题。本文在分析现有智能家居控制系统的基础上，设计了基于GSM的空调远程控制系统，用户仅使用手机收发短信即可实现对空调远程操控。本设计具有成本低、效率高、实时性的特点，具备较好的市场前景。
1系统总体框架
本设计是用户通过GSM网络发送短信息对家用电器进行远程控制的，不但能对家电实时操控，也可收到家电状态反馈，从而实现了对家电的智能化管理。因其操作简单、成本低廉、灵活方便，也为高端网络家电的大众化提出一种新的思路，拥有较好的应用前景。但GSM网络通信的可靠性相对有些差。
短信息的收发和对收到数据进行分析处理是本设计两个基本功能。单片机通过AT指令控制MC37i接收、读取来自用户的信息，并根据信息内容进行相关操作。此外，单片机亦可将电器当前状况以短信息的形式发给用户，从而实现对家电的智能控制。系统整体框图如图1。
2系统硬件设计
本系统的硬件设计包括单片机最小系统、GSM模块及其外围电路、空调控制电路等。控制芯片选择ATMEL公司的ATmega8L，其主要功能为控制GSM模块接收、分析短信，并根据短信内容执行命令，向用户发送电器状态、报警短信并控制相关继电器动作。
2.1 GSM模块及其外围电路设计
本设计选择西门子的MC37i芯片来实现无线通信功能，MC37i芯片主要负责短信息的收发、读取。其电路设计主要包括：启动电路、关闭电路、网络指示信号电路、SIM卡电路。
本设计中MC37i启动方案采用“管脚IGT”方式进入正常工作模式。MC37i上电后，当管脚BATT+上电压大于3.3V，且持续10ms，IGT置为低电平（注：IGT信号下降沿宽应小于1ms）；持续100ms，启动MC37i。根据时序图要求，本系统设计了MC37i的启动电路如图2所示：
MC37i芯片有三种关闭方式：紧急关闭、自动关闭和正常关闭。紧急关闭模式适用于MC37i无法正常关闭的情况。自动关闭模式生产厂家设定的保护模式。正常关闭模式是单片机发送指令AT^SMSO到MC37i。该模式可在断电前，保存数据，并发送关闭信息到单片机后进入Power Down模式。图3用于判断MC37i是否工作在Power Down模式。
MC37i的管脚SYNC有两种工作模式，可通过指令AT^SSYNC=
SIM卡是MC37i芯片入网的身份识别卡，内部存储了认证客户的所有信息。MC37i只有插入SIM卡后才能入网。本设计所用的SIM卡为普通移动通信手机所使用。通信模块MC37i的ZIF连接器提供与ISO 7816-3标准兼容的SIM卡接口电路，共有6个引脚。其中，CCVCC为SIM的电源接口；CCCLK为SIM卡的时钟接口；CCGND接地；CCRST为复位接口；SIMIO为信号输入输出的串行数据线接口；CCIN可检测SIM卡是否安装在卡座内。本设计的SIM卡电路如图5所示。
2.2空调控制电路
本设计选用空调为智能家电研究对象。空调可工作于制热、制冷、通风、除湿及自动运行等模式，本设计仅研究其制冷模式。
制冷模式，低压低温制冷剂被压缩机吸收后，经过其内部的过热蒸汽到达冷凝器。同时，被空调风扇吸入室外空气流也到达冷凝器，并对高压过热的制冷剂降温，使其凝结成高压液体。凝结的高压液体经毛细管降温后到达蒸发器，与经风扇吸入的室内空气进行热交换，之后将冷却气体送到室内，以上是空调制冷过程。
当空调工作时，传感器将实时检测室内温度，并将其发送至单片机，与系统设定值相比，若室温与设定值有偏差，单片机发送指令控制压缩机开启、关闭。通过以上操作实现对室内温度的监测、控制。本系统采用继电器作为单片机控制压缩机的执行器件。
2.2.1温度检测电路
本设计温度检测器选用镍铬/镍铝热电偶，能检测0℃～1000℃的温度，并转换成4～20mA的电流信号，之后经I/U变送器转换成能被单片机识别的0～5V电压信号。
2.2.2温度控制电路
室温是由单片机控制空调压缩机启动、停止实现的。继电器为执行器件，故实际上单片机是通过控制继电器控制室温。单片机输出信号较弱，需经三极管放大后才能驱动继电器动作。电路图设计如图。单片机引脚PB5、PB6、PB7分别控制空调的四通阀、外风机、压缩机。
如需打开、关闭某一电器，单片机将相应的I/O端口置为低电平或高电平，即可使相应的继电器动作，从而实现对相应电器的启停控制。据此本设计选择的固态继电器LR32053，无触点开关；三极管DTC143X，开关速度较快。
继电器控制电路为防止继电器内部电感产生反向电压，设计一保护二极管并联在继电器控制端。因当晶体管由导通变截至，继电器线圈中电流减小而产生的自感电动势，叠加上电源电压会使三极管被击穿，而二极管则起到泄放线圈自感电动势的作用。
3 PC与MC37i通信
MC37i与PC机的信息交互是通过串口RS232实现的，系统后期调试也需通过串口进行。为测试连接是否成功，可通过串口调试助手V2.2打开相应的端口。端口参数设置如下：串口、波特率置、校验位置、数据位、停止位分别设置为“COM1”、“9600”、“无NONE”，、“8”、“1”。在串口调试助手发送区输入“AT”，返回“OK”，则PC与MC37i连接成功。
4短信息的收发过程操作
本设计采用的通信芯片MC37i可实现三种短信息收发模式，分别为：Text、block、PDU。本设计采用能支持中英文短信息收发的PDU模式。当前手机大多采用此模式为默认编码方式。PDU编码过程较复杂，本文不再详谈。
4.1 AT指令
AT指令是单片机与MC37i通信的语言。单片机通过串口向MC37i发生AT指令，使其接受、读取、发送短信息，从而实现与用户信息交互的功能。MC37i所使用的AT指令严格执行ETSI制定的GSM07.05标准，能与普通手机进行通信。表1仅列举本文所用的指令。
4.2测试
将SIM卡插入卡座，给系统上电，观察LED灯状态，确保MC37i处在正常工作状态，使用串口数据线连接PC和GSM模块。 4.2.1信息发送
首先，双击串口调试助手。在发送区输入指令，带下划线的为返回结果。
（1）AT〈Enter〉；OK；PC与MC37i已正常通信；
（2）AT+CMGF=0〈Enter〉；OK；短信模式定义为PDU；
（3）AT+CMGS=23〈Enter〉；OK；短信长度为23；
（4）发送“0891683108301705F011000D91685179788857
F6000900088FDC7A0B63A75236”；+CMGS：1 OK
（5）几秒后，对方手机接受到字符对应信息“远程控制”。
4.2.2信息接收（用手机号码为+8615978788756给GSM模块发送“空调”）c
（1）接受区收到“+CMTI：”MT”5”，表示信息收到，存储编号为5；
（2）发送区输入“AT+CMGR=5”，读取存储编号为5的短信内容。
（3）接收区收到字符“0891683108301705F0840D91685179788857
F60008312131801580067A78C03”。经解码为“空调”。
本系统使用PC通过串口调试助手与系统进行通信，来检测系统的可靠性及稳定性。
5小结
本设计能通过GSM收发短信，并可对空调状态进行监测，具有操作简便、成本低、灵活性强等优点。本设计为智能家居的一个分支，并已通过测试，拥有较好的应用前景。
参考文献
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