摘 要: 本文設計并實現了一個基于通信控制器的遠程控制系統，該系統通過使用中央空調機組控制器、GSM/GPRS通信控制器和位于Internet網絡中的中心服務器，來完成空調工作狀態數據的監測、采集和存儲。采用JSP技術將工作數據以Web網頁的形式發布，并提供了網頁交互管理功能來完成遠程管理控制，另外還可使用手機短消息方式，來共同實現遠程控制。 關鍵字: 遠程控制; 通信控制器; Internet 1 引言 　　近些年來，隨著國際國內中央空調制冷行業的快速發展，各種制冷新技術相繼出現，這些技術在提高空調設備制冷性能的同時，也降低了空調的生產成本，而中央空調是其中最具代表性的一類產品。將無線通信技術與中央空調的監測控制結合起來，不僅能實現對中央空調運行狀態和數據的遠程實時監測，也能實現對機組的遠程控制。 2 遠程控制系統的總體設計 　　本文為實現中央空調的遠程控制，設計了一種基于通信控制器的遠程控制系統，總體上是通過GSM/GPRS無線網絡，應用SMS（短消息）技術和GPRS（通用分組無線業務）技術，將分布在不同地域的中央空調設備、中心服務器和管理者聯系起來，以位于Internet網絡中的中心服務器為核心，達到將中央空調的工作狀態監測信息和對中央空調的控制設置信息在系統中快速傳遞的目的，形成了一個對中央空調遠程控制的完整平臺。針對中央空調設備的特點和實際使用情況，本系統由中央空調機組控制器、GSM/GPRS通信控制器和Internet中心服務器三個部分組成。 3 遠程控制系統的硬件設計與實現 　　整個基于通信控制器的遠程控制系統的硬件部分主要由中央空調機組控制器、MSP430F147、GSM/GPRS模塊、通信接口和DC-DC電源轉換器等部分組成。圖1為系統硬件結構框圖。其中單片機（MSP430F147）是數據傳輸的中樞，它通過RS-85總線接口與中央空調機組控制器進行數據通信。以中斷方式對數據進行接收和處理后，控制GSM/GPRS無線通信模塊進行與中心服務器/管理者手機之間的信息收發，從而完成系統的遠程控制功能。 [align=center] 圖1 系統硬件結構框圖[/align] 　　3.1 機組控制器與機組控制器選型 　　本系統中的機組控制器采用HAC系列中央空調控制器。該系列中央空調控制器具有通用、可調整參數、可擴展功能和可遠程控制的特點。不僅一種控制器可以實現多種功能，而且可以任意擴展不同的控制模塊，應用方便，也便于采購和維護。 　　一些無線通信設備生產廠家把通信產品的核心部分，包括單片機、電源系統、數據存儲、控制與顯示、語音處理等功能單元，特別是把技術難度最大的高頻電路部分和射頻部分都集成在無線通信模塊內部。法國WAVEECOM公司的Q2400系列（Q2403、Q2406）GPRS/GSM無線通信模塊是基于GPRS/GSM網絡的無線數傳模塊。模塊能夠支持語音、數據、傳真等功能。在GPRS不可用的地區，還可以通過GSM短消息傳輸數據。 　　3.2 單片機接口電路設計與實現 　　系統選用美國德州儀器公司的一款超低功耗的Flash型混合信號處理器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] 　　單片機與MAX485間的連線主要有三條，兩條負責串行數據的接收和發送，即MSP430F147的P3.4（UTXDO串行口0發送數據端）與MAX485的Dl（驅動器輸入端）相連，用于單片機的數據輸出。P3.5（URXDO串行口0接收數據端）與MAX485的RO（接收器輸出端）相連，用于單片機的數據輸入。另外，由于MAX485模塊采用的是半雙工通信方式，因此需要單片機的引腳 P3.3作控制信號，連接MAX485的RE和DE端，控制其處于接收還是發送狀態。單片機與Q2406B之間雖然通過一60腳的通用接口相連，但由于在本系統中只使用到Q2406B所提供功能中的一小部分，因此實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等信號線，用以完成與SIM卡之間的數據傳輸。 　　3.3 通信控制器電源部分的設計與實現 　　對于單片機應用系統來說，電源是很重要的動力部分，電源輸出電壓的精確性和穩定性對整個系統的工作起著至關重要的作用。在本系統的GSM/GPRS通信控制器中，所選用的單片機MSP430F147的工作電源為1.8V-3.6V，而無線通信模塊Q2406B的工作電源為3.3V-4.5V，考慮到Q2406B模塊在功率發射時會產生一定的壓降，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，降低了系統復雜性，更有利于實現系統低功耗，同時也提高了系統的工作穩定性 　　GSM/GPRS通信控制器由外部輸入9-12V直流電壓（可從前端中央空調機組控制器電路取電），經LM2576T ADJ降壓后輸出3.6V電壓VCC供系統使用。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，本系統所采用的電源具有電路簡潔、外圍元器件少的特點，這樣既簡化了線路設計，又節省了空間，同時器件數目減少也有助于提高整個系統的可靠性。 4 遠程控制系統的軟件設計與實現 　　本系統的軟件設計主要包括兩大部分，即GSM/GPRS通信控制器部分的程序設計和中心服務器端的服務器程序設計，這兩大部分分別完成不同的功能，又互相配合共同完成對中央空調的遠程控制功能。 　　4.1 GSM/GPRS通信控制器的程序設計與實現 　　GSM/GPRS通信控制器部分的程序設計實際上就是單片機內嵌程序的編寫和調試。在編程調試時我們使用了瑞典 IAR Systems公司針對MSP430的開發平臺 IAR Embedded Workbench EW430（簡稱EW430），該平臺功能非常強大、內建MSP430特性擴展優化、內部函數支持低功耗模式、支持C和匯編語言混合編程，特別適合于MSP430系列單片機的嵌入式開發應用。 [align=center] 圖4 系統主程序流程圖[/align] 　　主程序主要負責系統的初始化，包括單片機時鐘設置、端口工作方式設置、串口設置（波特率、中斷允許等）、默認系統數據的恢復（如時間設置、標志位清零等）、GPRS模塊的初始化、中斷初始化等等，然后反復查詢SIM卡網絡注冊情況，直到注冊成功，接著建立 GPRSTCP連接，進入TCP數據傳輸模式，最后單片機系統進入低功耗模式，等待中斷。流程如圖4。 　　4.2 中心服務器的程序設計與實現 　　中心服務器部分的程序設計實際上就是對遠程數據的接收處理及反向控制的實現這兩大功能部分的程序設計。涉及的內容包括服務器后臺監聽處理程序、JSP前臺網頁發布界面設計和數據庫處理。 　　1、數據通道部分程序設計 　　數據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;對接收到的工作數據幀進行處理;反向傳送控制命令數據。這些功能都通過Java語言編程實現。 　　1） 建立TCP連接。GSM/GPRS通信控制器通過Q2406B模塊向中心服務器設定的端口發送建立TCP連接請求，服務器端通過Java監聽程序接收到這一請求后，雙方建立TCP通道進行數據傳輸。這里使用的是套接字機制，Socket是面向客戶/服務器模型設計的，網絡上的兩個程序通過一個雙向的通信連接實現數據的交換。Java中有多個類允許用戶創建基于套接字的網絡應用程序，這里主要使用了Java.net. Socket類和Java.net, ServerSocket類。中心服務器創建一個TCP服務器，即以ServerSocket建立服務器端Socket程序，指定端口監聽，使用accept（）方法等待客戶連接。accept（）方法在一個客戶端連接之前一直處于阻塞狀態，客戶接入后返回一個Socket實例，用于與客戶通信。連接建立后，一般以InputStream和OutputStream流處理與客戶端的數據傳輸。服務器與數據庫之間的數據訪問由JDBC來完成。 　　2） 處理中央空調工作數據幀 　　在TCP通道建立后，服務器接收到GSM/GPRS通信控制器發送過來的工作數據幀，將按照通信協議的規定格式對數據進行分解，并進行相應的處理。主要是將數據幀中的數據項提取后存入后臺數據庫。工作流程圖如圖5。 [align=center] 圖5 服務器處理工作數據幀流程圖[/align] 　　3） 反向傳送控制命令幀 　　當管理者登錄JSP管理頁面進行控制操作后，服務器將需要設置的參數按規定的控制命令幀格式進行封裝，然后放入發送緩沖區，最后通過已建立的TCP通道傳送給前端GSM/GPRS通信控制器，從而完成對中央空調的控制。由于這一系列操作都是在前面已建立的TCP連接的基礎上進行，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計都比較簡單，這里不再詳細說明。 　　3、控制通道部分程序的設計與實現 　　控制通道部分要完成的功能主要包括:中央空調工作狀態信息的網頁發布;管理者通過控制頁面設置參數進行對中央空調的遠程控制。程序設計時主要使用了JSP、JavaBean和數據庫系統。由于篇幅限制，這里不詳細介紹。 本文作者創新點 　　本文設計并實現了一個基于通信控制器的遠程控制系統。該系統具有如下特點:硬件電路設計簡潔、外圍元器件少、低功耗、工作可靠性高;軟件設計使用模塊化程序設計方法，便于擴展、調試、修改;遠程控制功能實現方式靈活高效，SMS和TCP數傳功能無縫結合，對時間、空間條件限制少;采用B/S模式實現系統在線控制功能，對客戶端要求低;短消息控制命令字可自由定義，控制方式個性化;整個系統軟硬結合、功能強大，安裝調試方便。 參考文獻: 　　[1] 劉衛華.制冷空調新技術及進展[M].北京:機械工業出版社，2005 　　[2] 張曙偉，郭發東.石油平臺水文氣象觀測控制報警系統[J].山東科學，2005（12）:61-63 　　[3] 崔秀玉，王志勇.GPRS技術在電子系統通信中的應用[J].電力系統通信，2004（8）:3-7 　　[4] 劉欣,楊志家. FlexRay通信控制器收發功能的研究和實現[J]. 微計算機信息, 2007, 6-1: 266-268