1 系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)
1.1 系統(tǒng)功能介紹
本系統(tǒng)能以10次/s的速度自動采集現(xiàn)場的環(huán)境溫度和光照強(qiáng)度、采集空調(diào)和窗簾的開閉狀態(tài)，并通過LCD液晶屏實時地顯示出來。溫度的感應(yīng)范圍-55～+125℃，精度為±0.5℃。光強(qiáng)的強(qiáng)度范圍分為強(qiáng)、較強(qiáng)、中、較弱、弱5檔。空調(diào)和窗簾的狀態(tài)為開或者關(guān)。
用戶可以通過手機(jī)或者小靈通等終端與GSM模塊連接的系統(tǒng)之間進(jìn)行無線通信，通信范圍為移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋的所有范圍，做到了真正的通信范圍無窮大。具體的通信為：
1)當(dāng)系統(tǒng)檢測到溫度和光強(qiáng)超過設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值時，會自動的發(fā)送超標(biāo)的中文提示短信至用戶的手機(jī)。
2)用戶可以向系統(tǒng)發(fā)送中文短信，實時的查詢車內(nèi)的溫度、光強(qiáng)、空調(diào)、窗簾的情況。
3)用戶可以發(fā)送控制信號控制車內(nèi)的3種動作：①拉上窗簾和拉開窗簾。拉窗簾是由單片機(jī)給予高電平給LG9110，驅(qū)動馬達(dá)，通過馬達(dá)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)拉上窗簾和拉開窗簾的動作。②啟動空調(diào)和停止空調(diào)。通過單片機(jī)給予LG9110高電平，驅(qū)動直流電機(jī)上的扇葉，以此來模擬汽車空調(diào)啟動和停止。③啟動發(fā)動機(jī)和停止。發(fā)動機(jī)用電動馬達(dá)模擬，通過單片機(jī)控制其轉(zhuǎn)動和停止模擬汽車發(fā)動機(jī)啟動與關(guān)閉。
1.2 系統(tǒng)方案
本設(shè)計硬件電路包括電源模塊、控制模塊、溫度模塊、光強(qiáng)模塊、顯示模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊和GSM通信模塊等7部分組成。各模塊之間的關(guān)系如圖1所示。
1.2.1 主控系統(tǒng)模塊
主控系統(tǒng)模塊采用宏晶科技生產(chǎn)的基于51內(nèi)核的STC89C516RD+單片機(jī)來完成信號采集、控制和通信功能，它有64 K的片內(nèi)FLASH ROM和1280B的片內(nèi)RAM資源，并具有51的內(nèi)核，加密性很強(qiáng)，采用ISP下載的方式簡單易用，且存儲容量較大，很適合于做開發(fā)設(shè)計使用。
在本設(shè)計中STC89C516RD+單片機(jī)擔(dān)當(dāng)了控制核心，首先通過前向通道對外部的各種感應(yīng)器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后通過各輸入模塊不同的自適應(yīng)算法將其與內(nèi)部參考數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與比對，再通過GSM/CDMA網(wǎng)絡(luò)向汽車用戶發(fā)送警示短信，汽車用戶也可以通過GSM/CDMA網(wǎng)絡(luò)向系統(tǒng)發(fā)送查詢與控制的各種信息。
1.2.2 溫度模塊
溫度模塊采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20一線式數(shù)字溫度傳感器。DS1820數(shù)字溫度計提供9位(二進(jìn)制)溫度讀數(shù)指示器件的溫度信息，經(jīng)過單線接口送入主機(jī)CPU，被測溫度值為-55～+125℃。溫度模塊與主控CPU的接口電路如圖2所示。
1.2.3 光強(qiáng)模塊
光強(qiáng)模塊通過ADC0832將光敏電阻感應(yīng)光強(qiáng)產(chǎn)生的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號采樣至單片機(jī)，實現(xiàn)對車內(nèi)光強(qiáng)數(shù)據(jù)的采集。
1.2.4 LCD顯示模塊
顯示模塊采用帶中文字庫的LM6029 LCD顯示屏顯示輸出。LM6029點陣圖形液晶顯示模塊采用S680724控制器，點陣數(shù)128x64，自帶中文字庫，采用8 bit的并行接口與主控CPU相連，顯示模塊與主控CPU的接口電路如圖3所示。
1.2. 5 電機(jī)驅(qū)動模塊
直流電機(jī)的驅(qū)動采用LG9110驅(qū)動芯片，它能通過控制線帶動直流電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，從而控制外部輸出設(shè)備的動作，電機(jī)驅(qū)動模塊與主控CPU的接口電路如圖4所示。
1.2. 6 GSM模塊
GSM模塊采用西門子公司生產(chǎn)的TC35，具有中英文短信的收發(fā)功能。TC35是Siemeils公司推出的新一代無線通信GSM模塊。自帶RS232通訊接口，可以方便地與PC機(jī)、單片機(jī)連機(jī)通訊。可以快速、安全、可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù)(Short Message Ser-vice)和傳真。TC35模塊的工作電壓為3.3～5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz兩個頻段，所在頻段的功耗分別為2W(900M)和1W(1 800M)。
TC35采用的是RS232的電平接口，可以與PC機(jī)直接相連。在本設(shè)計中，需要主控CPU的UART和TC35之間連接一個TTL轉(zhuǎn)RS232電平電路。
1.2.7 電源模塊
電源模塊采用LM2576DC/DC直流降壓開關(guān)電源，能將+12V的點煙器直流電壓降至+5V和+3.3V等多種直流電壓，以供電給其他模塊。
1.3 軟件流程
本系統(tǒng)軟件分為4大部分。第一部分為DS18B20溫度傳感，需設(shè)定正確時序讀取和輸出信息；第二部分為光感傳感，用ADC0832將光敏電阻感應(yīng)的模擬電壓值轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號輸送給單片機(jī)；第三部分為LM6029顯示屏，通過單片機(jī)控制顯示車內(nèi)的狀態(tài)；這三部分構(gòu)成了主程序。第四部分為GSM模塊，單片機(jī)通過串口中斷接收和發(fā)送GSM模塊通信的信息。系統(tǒng)流程圖如圖5所示。
2 系統(tǒng)測試
2.1 測試方案
系統(tǒng)測試采用逐個模塊調(diào)試和測試的方法。先用萬用表測試電源模塊的輸出是否為系統(tǒng)設(shè)計的3.3V和5V；再通過ISP下載測試單片機(jī)的最小系統(tǒng)；然后連接LCD模塊測試其是否能夠正常顯示；接下來連接光強(qiáng)傳感器和溫度傳感器測試溫度和光強(qiáng)是否與采集值成正比；再測試窗簾、空調(diào)、發(fā)動機(jī)模擬系統(tǒng)在電源模塊正常工作情況下能否正常工作；最后用PC機(jī)的串口調(diào)試和GSM模塊之間的串行通信。
將整機(jī)系統(tǒng)連接好，電源模塊接上電源，重復(fù)以上步驟，通過移動電話發(fā)信息到GSM模塊當(dāng)中，發(fā)送查詢指令，觀測移動電話機(jī)接收到的信息數(shù)據(jù)和LCD顯示屏顯示的數(shù)據(jù)和顯示中的數(shù)據(jù)是否相符合。發(fā)送控制指令，觀察系統(tǒng)是否按用戶要求轉(zhuǎn)動模擬發(fā)動機(jī)和空調(diào)、窗簾是否會自動拉上和關(guān)閉。通過以上測試，就可以判斷整機(jī)運行是否正常。
2.2 測試數(shù)據(jù)
測試數(shù)據(jù)包括以下4部分：
1)通過萬用表測試電源模塊的輸出正常，+5V和+3.3V的誤差在±0.1V以內(nèi)，接上所有負(fù)載后輸出的電流達(dá)到+2 A；
2)通過設(shè)置不同的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)值，測試到系統(tǒng)的超標(biāo)自動發(fā)送短信至終端功能正常；
3)通過終端發(fā)送查詢指令至系統(tǒng)，測試到移動電話接收到的信息數(shù)據(jù)和LCD顯示屏顯示的數(shù)據(jù)完全吻合；
4)通過終端發(fā)送控制信息至系統(tǒng)，測試到電機(jī)所控制的空調(diào)和窗簾的動作與指令相同。
2.3 結(jié)果分析
經(jīng)過各項性能的測試，系統(tǒng)的指標(biāo)和參數(shù)基本達(dá)到預(yù)期的效果，如果能考慮到實際的汽車上空調(diào)、發(fā)動機(jī)的接口，系統(tǒng)將更加完善，值得大面積的推廣。
3 結(jié)論
本項目的特色具有如下兩個方面：
1)系統(tǒng)能將車內(nèi)的超標(biāo)信息通過GSM網(wǎng)絡(luò)自動的傳送至用戶終端，也可以由用戶在車外遠(yuǎn)程的查詢和控制，克服了用戶和車之間的距離所帶來的操作上的不便性；
2)系統(tǒng)能自動采集車內(nèi)的各項參數(shù)，自動的將其與用戶設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)相比較，超標(biāo)時自動通知用戶，能自動識別用戶回發(fā)的查詢信息和控制信息，能根據(jù)回發(fā)的查詢信息發(fā)送實時的狀態(tài)，能將回發(fā)的控制信息自動轉(zhuǎn)換為控制指令，整個系統(tǒng)具有人工智能的特點。