关键字: 远程控制; 通信控制器; Internet
1 引言
近些年来，随着国际国内中央空调制冷行业的快速发展，各种制冷新技术相继出现，这些技术在提高空调设备制冷性能的同时，也降低了空调的生产成本，而中央空调是其中最具代表性的一类产品。将无线通信技术与中央空调的监测控制结合起来，不仅能实现对中央空调运行状态和数据的远程实时监测，也能实现对机组的远程控制。
2 远程控制系统的总体设计
本文为实现中央空调的远程控制，设计了一种基于通信控制器的远程控制系统，总体上是通过GSM/GPRS无线网络，应用SMS（短消息）技术和GPRS（通用分组无线业务）技术，将分布在不同地域的中央空调设备、中心服务器和管理者联系起来，以位于Internet网络中的中心服务器为核心，达到将中央空调的工作状态监测信息和对中央空调的控制设置信息在系统中快速传递的目的，形成了一个对中央空调远程控制的完整平台。针对中央空调设备的特点和实际使用情况，本系统由中央空调机组控制器、GSM/GPRS通信控制器和Internet中心服务器三个部分组成。
3 远程控制系统的硬件设计与实现
整个基于通信控制器的远程控制系统的硬件部分主要由中央空调机组控制器、MSP430F147、GSM/GPRS模块、通信接口和DC-DC电源转换器等部分组成。图1为系统硬件结构框图。其中单片机（MSP430F147）是数据传输的中枢，它通过RS-85总线接口与中央空调机组控制器进行数据通信。以中断方式对数据进行接收和处理后，控制GSM/GPRS无线通信模块进行与中心服务器/管理者手机之间的信息收发，从而完成系统的远程控制功能。
图1 系统硬件结构框图
3.1 机组控制器与机组控制器选型
本系统中的机组控制器采用HAC系列中央空调控制器。该系列中央空调控制器具有通用、可调整参数、可扩展功能和可远程控制的特点。不仅一种控制器可以实现多种功能，而且可以任意扩展不同的控制模块，应用方便，也便于采购和维护。
一些无线通信设备生产厂家把通信产品的核心部分，包括单片机、电源系统、数据存储、控制与显示、语音处理等功能单元，特别是把技术难度最大的高频电路部分和射频部分都集成在无线通信模块内部。法国WAVEECOM公司的Q2400系列（Q2403、Q2406）GPRS/GSM无线通信模块是基于GPRS/GSM网络的无线数传模块。模块能够支持语音、数据、传真等功能。在GPRS不可用的地区，还可以通过GSM短消息传输数据。
3.2 单片机接口电路设计与实现
系统选用美国德州仪器公司的一款超低功耗的Flash型混合信号处理器MSP430F147。图2为通信控制器接口电路原理图。
图2 通信控制器接口电路原理图
单片机与MAX485间的连线主要有三条，两条负责串行数据的接收和发送，即MSP430F147的P3.4（UTXDO串行口0发送数据端）与MAX485的Dl（驱动器输入端）相连，用于单片机的数据输出。P3.5（URXDO串行口0接收数据端）与MAX485的RO（接收器输出端）相连，用于单片机的数据输入。另外，由于MAX485模块采用的是半双工通信方式，因此需要单片机的引脚 P3.3作控制信号，连接MAX485的RE和DE端，控制其处于接收还是发送状态。单片机与Q2406B之间虽然通过一60脚的通用接口相连，但由于在本系统中只使用到Q2406B所提供功能中的一小部分，因此实际上也只用到了其中的部分引脚。
另外Q2406B模块与SIM卡之间也有一些引脚相连，主要有SIMVCC、SIMRST、SIMCLK、SIMDATA、SIMPRES等信号线，用以完成与SIM卡之间的数据传输。
3.3 通信控制器电源部分的设计与实现
对于单片机应用系统来说，电源是很重要的动力部分，电源输出电压的精确性和稳定性对整个系统的工作起着至关重要的作用。在本系统的GSM/GPRS通信控制器中，所选用的单片机MSP430F147的工作电源为1.8V-3.6V，而无线通信模块Q2406B的工作电源为3.3V-4.5V，考虑到Q2406B模块在功率发射时会产生一定的压降，因此选择3.6V的工作电压比较合适。这样，GSM/GPRS控制器部分仅需单一电压电源供电即可，降低了系统复杂性，更有利于实现系统低功耗，同时也提高了系统的工作稳定性
GSM/GPRS通信控制器由外部输入9-12V直流电压（可从前端中央空调机组控制器电路取电），经LM2576T ADJ降压后输出3.6V电压VCC供系统使用。图3为通信控制器电源部分的电路原理图。
图3 通信控制器电源电路原理图
由电路原理图可见，本系统所采用的电源具有电路简洁、外围元器件少的特点，这样既简化了线路设计，又节省了空间，同时器件数目减少也有助于提高整个系统的可靠性。
4 远程控制系统的软件设计与实现
本系统的软件设计主要包括两大部分，即GSM/GPRS通信控制器部分的程序设计和中心服务器端的服务器程序设计，这两大部分分别完成不同的功能，又互相配合共同完成对中央空调的远程控制功能。
4.1 GSM/GPRS通信控制器的程序设计与实现
GSM/GPRS通信控制器部分的程序设计实际上就是单片机内嵌程序的编写和调试。在编程调试时我们使用了瑞典 IAR Systems公司针对MSP430的开发平台 IAR Embedded Workbench EW430（简称EW430），该平台功能非常强大、内建MSP430特性扩展优化、内部函数支持低功耗模式、支持C和汇编语言混合编程，特别适合于MSP430系列单片机的嵌入式开发应用。
图4 系统主程序流程图
主程序主要负责系统的初始化，包括单片机时钟设置、端口工作方式设置、串口设置（波特率、中断允许等）、默认系统数据的恢复（如时间设置、标志位清零等）、GPRS模块的初始化、中断初始化等等，然后反复查询SIM卡网络注册情况，直到注册成功，接着建立 GPRSTCP连接，进入TCP数据传输模式，最后单片机系统进入低功耗模式，等待中断。流程如图4。
4.2 中心服务器的程序设计与实现
中心服务器部分的程序设计实际上就是对远程数据的接收处理及反向控制的实现这两大功能部分的程序设计。涉及的内容包括服务器后台监听处理程序、JSP前台网页发布界面设计和数据库处理。
1、数据通道部分程序设计
数据通道部分要完成的功能包括:与GSM/GPRS通信控制器建立TCP连接;对接收到的工作数据帧进行处理;反向传送控制命令数据。这些功能都通过Java语言编程实现。
1） 建立TCP连接。GSM/GPRS通信控制器通过Q2406B模块向中心服务器设定的端口发送建立TCP连接请求，服务器端通过Java监听程序接收到这一请求后，双方建立TCP通道进行数据传输。这里使用的是套接字机制，Socket是面向客户/服务器模型设计的，网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换。Java中有多个类允许用户创建基于套接字的网络应用程序，这里主要使用了Java.net. Socket类和Java.net, ServerSocket类。中心服务器创建一个TCP服务器，即以ServerSocket建立服务器端Socket程序，指定端口监听，使用accept（）方法等待客户连接。accept（）方法在一个客户端连接之前一直处于阻塞状态，客户接入后返回一个Socket实例，用于与客户通信。连接建立后，一般以InputStream和OutputStream流处理与客户端的数据传输。服务器与数据库之间的数据访问由JDBC来完成。
2） 处理中央空调工作数据帧
在TCP通道建立后，服务器接收到GSM/GPRS通信控制器发送过来的工作数据帧，将按照通信协议的规定格式对数据进行分解，并进行相应的处理。主要是将数据帧中的数据项提取后存入后台数据库。工作流程图如图5。
图5 服务器处理工作数据帧流程图
3） 反向传送控制命令帧
当管理者登录JSP管理页面进行控制操作后，服务器将需要设置的参数按规定的控制命令帧格式进行封装，然后放入发送缓冲区，最后通过已建立的TCP通道传送给前端GSM/GPRS通信控制器，从而完成对中央空调的控制。由于这一系列操作都是在前面已建立的TCP连接的基础上进行，而在TCP通道中的传输是一种“透明”方式，因此程序的流程和设计都比较简单，这里不再详细说明。
3、控制通道部分程序的设计与实现
控制通道部分要完成的功能主要包括:中央空调工作状态信息的网页发布;管理者通过控制页面设置参数进行对中央空调的远程控制。程序设计时主要使用了JSP、JavaBean和数据库系统。由于篇幅限制，这里不详细介绍。
本文作者创新点
本文设计并实现了一个基于通信控制器的远程控制系统。该系统具有如下特点:硬件电路设计简洁、外围元器件少、低功耗、工作可靠性高;软件设计使用模块化程序设计方法，便于扩展、调试、修改;远程控制功能实现方式灵活高效，SMS和TCP数传功能无缝结合，对时间、空间条件限制少;采用B/S模式实现系统在线控制功能，对客户端要求低;短消息控制命令字可自由定义，控制方式个性化;整个系统软硬结合、功能强大，安装调试方便。
参考文献:
[1] 刘卫华.制冷空调新技术及进展[M].北京:机械工业出版社，2005
[2] 张曙伟，郭发东.石油平台水文气象观测控制报警系统[J].山东科学，2005（12）:61-63
[3] 崔秀玉，王志勇.GPRS技术在电子系统通信中的应用[J].电力系统通信，2004（8）:3-7
[4] 刘欣,杨志家. FlexRay通信控制器收发功能的研究和实现[J]. 微计算机信息, 2007, 6-1: 266-268
