摘要：智能空调控制电路设计主要是对现代空调智能化要求而设计的，它能根据用户设定的温度、时间等参数完成智能控制。为了实现空调的智能控制，在分析现有空调控制系统不足的基础上，采用STC89C54单片机为空调红外学习和发送控制核心，利用web云端、智能手机端APP、手机短信、语音等多种平台，通过GPRS、internet网络、蓝牙等无线通信技术，完成智能空调控制系统的设计，用户可利用普通手机或带有控制软件的智能手机、平板电脑、计算机网页浏览器等多个终端平台实现对空调的本地和远程控制。实践证明，该系统可靠稳定，使用方便，具有较高的实际应用价值。
关键词：智能空调；控制；电路；设计
1 空调智能控制系统设计
该系统由STC89C54单片机最小系统模块、红外学习和发送模块、GPRS模块、智能手机、蓝牙模块、显示模块和电源管理模块组成，利用单片机最小系统和红外模块组成智能外接装置，作为中间媒介来学习和发送红外命令控制空调，结合各无线模块，该装置上电后能够自动连接移动基站的GPRS网络，随后通过移动网关接入互联网云端服务器，在该服务器上挂载自主设计的空调web控制页面，用户可以通过多个平台登录该页面进行空调的控制。此外，通过在智能终端上开发的应用程序（APP），可对用户的空调使用习惯和语音命令进行学习，实现家庭和户外对空调的参数配置及语音控制，使传统空调具有智能控制功能。此外，显示部分采用LCD1602液晶屏模块，用于系统运行状态的实时反馈。电源管理模块包括了系统Li电池充放电电路、5V升压电路、3.3V稳压电路，用于向系统其余模块提供合适电源。
2 系统硬件设计
2.1 主控电路设计
系统采用STC89C54单片机和红外转发电路为空调控制核心电路，此型号单片机性能稳定，质量可靠，且有足够的片内flash存储学习到的红外编码。主控电路主要负责接收原有空调遥控器信号，进行学习，并将学习到的红外编码存储到单片机片内flash地址中，建立对应的编码协议表。同时接收来自GPRS模块、智能手机、蓝牙模块的控制指令，并对指令进行运算处理判断，将单片机flash地址中对应的红外编码取出和发射，完成空调的本地和远程控制。主控电路中的红外转发电路包括了发射和接收两个部分。红外接收端采用价格便宜，性能可靠的一体化红外接收头VS1838接收红外信号，它同时对30khz到60khz之间的红外载波信号进行放大、检波、整形，得到 TTL 电平的编码信号，再送给单片机，经单片机解码后送发射电路执行，去控制各品牌空调。
2.2 GPRS通信模块设计
GPRS是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，属于第二代移动通信中的数据传输技术。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包式来传输，因此控制空调所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，而控制空调运行的指令数据量非常小，成本较低。此外，通过分布在各终端上的应用程序，可方便的进行多平台的远程信息管理。
该系统中采用自主设计的GPRS A6模组和主控电路进行数据流量和短消息通信，A6是一款支持GSM，GPRS四频段的GSM模组，支持GPRS数据业务，最大数据速率为下载85.6Kbps，上传42.8Kbps，支持2个串口，一个下载串口，一个AT命令口，其中的AT命令串口与主控电路中的单片机串口相连接，用于数据的转发。
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2.3 电源管理模块设计
电源管理模块主要为系统不同模块提供不同的电源，本系统由3.7V的锂电池供电，需要5V和3.3V两种电压。本设计中采用只需要极少外围元器件的RN9521移动电源芯片，RN9521集成了同步5V升压、充电和多重保护功能，且具有92%的充电转换效率和95%的升压转换效率。在适配器模式下，支持边充边放。3.3V电压采用DC-DC降压3端高效线性稳压器AMS1117芯片，AMS1117设计用于提供1A输出电流且工作压差可低至1V。在最大输出电流时，AMS1117的最小压差保证不超过1.3V，并随负载电流的减小而逐渐降低。本系统中将升压获得的5V电压降压至3.3V。
3 系统软件设计
3.1 软件设计及流程图
该系统着手实现一种多平台的智能空调使用方式，相关的软件设计除为硬件模块编写的驱动程序外，还有上层应用程序，包括了跨平台的云端web应用程序和手机端应用程序，GPRS模块通过定时读取web应用程序端数据库的最新空调指令来向主控电路发送数据，同时，GPRS模块还要接收通过移动运营商发送的空调短信指令。蓝牙模块在与手机端应用程序匹配后，实时接收APP发送的经过解码后的空调语音控制指令，在送给主控电路进行控制。
3.2 web云端应用程序的设计
web应用程序首要的优点就是跨平台，web服务是一个soa的架构，它是不依赖于语言，不依赖于平台，可以实现不同的语言间的相互调用，通过因特网浏览器进行基于http协议的网络应用间的交互。本系统中web页面前端使用HTML和JavaScript语言进行设计，HTML是网页内容的载体，内容即为空调控制的相关按钮信息，并通过JavaScript为web增添一定的动态效果，空调按钮控制指令通过PHP语言与后台MySQL数据库进行交互，并开放给空调控制端GPRS无线数据业务来访问数据库。MySQL是一种开放源代码的关系型数据库管理系统（RDBMS），MySQL数据库系统使用最常用的数据库管理语言—结构化查询语言（SQL）进行数据库管理。最后，将设计的web应用程序部署到新浪云端，方便不同平台的终端通过internet浏览器访问。新浪云SAE是一个免费的web服务器，SAE的web服务器采用分布式部署的方式，开发者将代码部署到SAE前端机后，会通过同步的方式，将代码部署到SAE所有的web服务器。
3.3 智能手机端APP的设计
智能空调APP旨在实现与用户的“直接对话”，使用Android Studio设计了安卓端的空调语音控制APP，带有移动APP的智能手机通过蓝牙与主控电路串口上的HC-05蓝牙透传模块进行点对点通信，智能手机APP的主要界面用户通过点击界面中央圆形区域进行语音录入，通过Android Intent类调用第三方语音服务，其中Intent类的方法设置为ACTION_RECOGNIZE_SPEECH，然后调用一个带返回结果的操作，把识别后的语音字符与红外编码协议相匹配，最后由主控电路发射对应的空调红外控制信号。此外，在蓝牙未进行成功配对或者距离超出蓝牙通信范围时，APP可将识别的红外指令在后台通过发送短消息的方式给主控电路连接的GPRS模块，从而实现空调的远程短信控制。
4 结语
实现多平台控制的智能空调系统，通过设计硬件系统和软件系统，采用STC89C54单片机和红外转发电路为主控单元，采用GPRS、蓝牙、internet云端等无线通信技术，实现空调的本地语音、远程短信和web云端控制，系统电路和应用层软件性能稳定、可靠性高、运维成本较低。通过实践表明，本设计方案可行，可方便的对现有的普通空调进行智能化升级，且具有较高的实际应用价值。
参考文献：
[1]吴光荣，全剑敏，章剑雄.基于ZigBee技术的空调控制系统［J］.机电工程，2014（7）：11-13.
论文作者:黄铭罕
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/12
标签：空调论文; 电路论文; 模块论文; 蓝牙论文; 单片机论文; 系统论文; 应用程序论文; 《基层建设》2018年第22期论文;