一種基于STM32的發射機房空調控制系統設計與實現

蔣軍 梁光發 周曉亮

（廣西廣播電視技術中心桂林分中心）

一、引言

廣西壯族自治區地處云貴高原東南邊緣，轄區內多為喀斯特地貌，高山、丘陵眾多，截至2018年底區內總共建成開播了699座鄉鎮廣播電視發射臺站，全區地面數字電視人口覆蓋率達80%以上，承擔著中央、省、市、縣節目的調頻以及數字電視信號覆蓋，是黨和地方政府的重要喉舌，是輿論宣傳的重要陣地[1]。該類鄉鎮發射機房的各類電氣、電子設備在正常工作時所產生的熱量會導致機房溫度不斷升高，特別是對于機房內發熱量大的設備，為了保持工作環境的穩定，提高設備使用壽命，使其在一個溫度適宜的環境下長期穩定可靠地運行就顯得非常重要，這在夏季高溫季節尤為明顯。目前鄉鎮臺站普遍配備兩臺空調，但是兩臺空調沒有進行有效的控制，要么兩臺空調同時開機，要么一臺常開，另一臺常關，常開的由于一直開機，出故障的幾率較大，當常開空調出故障無法制冷，而另一臺又是常關的，這樣空調就無法起到設備制冷的目的了，并且如果停電再來電，空調無法自動啟動，這種運行模式無論從故障率方面還是設備的有效使用上面使用效果均有所欠缺。而本文設計的空調控制系統通過機房內部溫度相關數據的采集以及紅外傳感器模塊實現對鄉鎮臺站兩臺空調的實時自動控制，能較好地解決該問題。

二、系統方案設計

如圖1系統硬件結構框圖所示，本系統主要包括溫度檢測模塊、控制器模塊、紅外傳感器模塊、顯示模塊、GSM模塊、鍵盤模塊、電源模塊以及聲光報警模塊等。整個系統以控制器模塊為核心，通過控制其他的各個外圍功能模塊的工作，使整個系統能達到預定的功能，系統工作過程為：用戶通過鍵盤模塊或者上位機程序設置開機溫度、關機溫度、單臺或多臺空調循環切換模式、循環切換時間等、接收短信手機號碼、系統短信告警時間、短信內容等，當機房溫度高于或是低于設定的開、關機溫度時，控制器模塊向紅外傳感器模塊發出控制指令，控制相應空調的開機或關機[2,3]。

圖1 系統硬件結構框圖

三、系統硬件設計

（一）系統微控制器電路

本文設計的空調控制器以STM32F103RBT6單片機為核心處理器，該處理器外部時鐘晶振頻率范圍為4MHz~16MHz，通過其內部鎖相環PLL(倍頻可選擇2~6倍)，最大可以倍頻到72MHz，運行速度能達到1.25MIPS/MHz，能滿足機房溫度實時監測的要求；同時該處理器擁有3個最高速度為18Mbit/s的SPI接口，3個最高傳輸速度可達4.5Mbit/s的USART接口，能滿足系統設計中各外圍器件的接口要求。STM32F103RBT6微控制器的控制電路和其他的單片機控制電路一樣，最主要的是包含時鐘電路和復位電路。如圖2所示，為該微控制器模塊主控電路的原理圖，該模塊主要包括一個復位電路、時鐘電路（又稱晶振電路）及外圍模塊的接口，其中復位電路及時鐘電路主要實現系統的復位及系統工作時晶振的正常起振并提供一個穩定可靠的時鐘信號源，本設計采用8MHz的外部無源晶振作為主時鐘信號。

圖2 微控制器模塊電路原理圖

（二）溫度采集電路

溫度檢測模塊采用DS18B20溫度傳感器，用于實時多點監測鄉鎮發射臺站機房設備以及環境的溫度，DS18B20硬件電路連接圖如圖3所示。該傳感器測溫范圍為-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃時精度為±0.5℃，測量結果直接輸出數字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給控制器模塊，同時可傳送CRC校驗碼，具有較強的抗干擾糾錯能力，另外，該坐傳感器還支持多點組網功能，多個DS18B20可以關聯在唯一的三線上，實現組網多點測溫[2，3]。

圖3 DS18B20硬件電路連接圖

（三）GSM模塊電路

GSM模塊采用SIM900A，通過RS232串行異步通信接口，將STM32控制器模塊與SIM900A的TXD（發送端）、RXD（接收端）相連組成串口通信，控制SIM900A，實現用戶手機與SIM900A遠程通信功能，通信速率可自行設定，本系統設置為9600bps。

四、系統軟件設計

系統軟件采用模塊化的思路進行設計，系統對各主要功能模塊進行初始化之后，進入溫度檢測模式，當溫度檢測模塊采集到的機房溫度高于設定閾值時，系統延遲一段時間不發出控制指令，如果在該段延遲時間段內機房溫度下降到原來設定閾值以下則溫度檢測模塊繼續測量機房溫度[4]。本控制器工作流程圖如圖4所示，具體方案工作過程如下：

1.由溫度檢測模塊對相應設備以及環境中的溫度參數進行采樣；

2.控制器模塊和溫度檢測模塊通信，獲得采樣數據并通過顯示屏實時顯示；

3.根據溫度檢測模塊測得的溫度數據，當機房環境溫度小于26℃的時候關閉2臺空調；

4.當機房環境溫度介于26℃至36℃的時候僅開啟單臺空調，并且按照每72小時進行輪流工作；

5.當機房環境溫度大于36℃的時候開啟兩臺空調直至環境溫度下降，一般用于夏天停電導致的機房高溫。

圖4 系統工作流程圖

五、應用效果與結論

完成了該控制系統樣機的設計制作后，經過多個鄉鎮臺站的試運行，運行結果表明該控制系統能有效地解決供電系統停電再來電后空調無法自動啟動以及多臺空調無法根據機房實際溫度自動開關機以降低能耗的問題。本設計建立了較為完善的發射機房溫度環境智能化控制系統，確保鄉鎮臺站機房溫度環境得到有效控制，同時提高空調的使用效率以及使用壽命。