基于Android平臺的電熱水器遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

3 服務(wù)器及控制器軟硬件設(shè)計

服務(wù)器及控制器共用一個MCU，硬件上可以集成在一起，以減小系統(tǒng)體積。MCU選用STM32F103，該單片機采用Cortex—M3的內(nèi)核架構(gòu)，具有功耗低、實時性好、IO口豐富等特點，十分適用于本系統(tǒng)的GPRS通信、開關(guān)控制和溫度采集等功能。

為搭建服務(wù)器，MCU外接高性能工業(yè)級GPRS模塊SIM900A，其工作頻段為900/1800MHZ雙頻段，支持RS232串口和LVTTL串口，并帶硬件流控制，支持5V～24V的超寬工作范圍，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后可以非常方便地與STM32進行連接，從而提供短信和GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。模塊采用串口通信發(fā)送和接收來自MCU的指令。

控制器由光電隔離開關(guān)電路和溫度采集電路兩部分構(gòu)成，光電隔離開關(guān)電路采用光電耦合器與可控硅構(gòu)成，用于控制加熱器的開關(guān)，實現(xiàn)弱電對強電的控制;溫度采集電路使用高精度的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，經(jīng)防水設(shè)計后接入STM32的GPIO口。主要硬件電路如圖3所示。

STM32的軟件采用Keil開發(fā)，主要包括溫度讀取、開關(guān)控制和建立GPRS通信三個模塊。其中，DS18B20溫度讀取程序和IO口開關(guān)控制程序十分常見和簡單，不在此贅述。現(xiàn)僅對GPRS通信程序進行說明，利用STM32控制SIM900A建立服務(wù)器需要的步驟和指令，見表2。按照表中所示順序利用串口向SIM900A發(fā)送AT指令，即可建立小型數(shù)據(jù)服務(wù)器。

4 運行結(jié)果

系統(tǒng)在實驗室中進行了調(diào)試與試驗，利用容積2L的電熱杯模擬電熱水器。如圖4所示。圖中上半部分為服務(wù)器和控制器，STM32和SIM900A構(gòu)成服務(wù)器，可控硅模塊控制電熱杯加熱器的通斷。左下所示為用經(jīng)過防水處理的DS18B20作為傳感器進行溫度采集。圖右下所示，用一臺三星Android智能手機作為客戶端，設(shè)定水溫及開關(guān)動作。并獲取當(dāng)前水溫，在手機屏幕上顯示。

試驗表明，服務(wù)器可以正確接收手機遠(yuǎn)程控制指令，加熱器開關(guān)狀態(tài)與手機遠(yuǎn)程所設(shè)相同;水溫值能夠?qū)崟r準(zhǔn)確地顯示在遠(yuǎn)端手機上，供用戶查看;水溫控制準(zhǔn)確，誤差在±1℃，對家用沐浴用水來說精度足夠。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)基于Android平臺，設(shè)計了一套遠(yuǎn)程水溫控制系統(tǒng)，具有隨時控制、實時監(jiān)控、安裝方便的特點。通過調(diào)用Android提供的控件和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)實現(xiàn)系統(tǒng)界面設(shè)計和人機交互實現(xiàn)家用電熱水器的智能遠(yuǎn)程控制。由于采用GPRS通信方式，系統(tǒng)在長期工作時比短信模式更加節(jié)省通信費用，運行成本大大降低。

經(jīng)測試，系統(tǒng)方案可行，電路穩(wěn)定，控制精度滿足要求，遠(yuǎn)程監(jiān)控可靠，測試結(jié)果滿足本文設(shè)計要求。

系統(tǒng)還有需要完善的地方，如果要對多個家電甚至多個建筑中的電器實現(xiàn)同時遠(yuǎn)程控制，則需要性能更高的MCU增加處理速度，并引入數(shù)據(jù)庫技術(shù)，提升數(shù)據(jù)交換的能力。這些有待進一步研究和討論。