物聯網是新一代信息技術的重要組成部分,其英文名稱是“the Intemet of things”。物聯網的核心和基礎仍然是互聯網,是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡,其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間,進行信息交換和通信。
想像一下,一個寒冷的冬日,晚上工作結束回家后你需要沖個熱水澡來解乏。可是在單位的你必須先回到家里,然后再給熱水器加水,然后等待水達到合適溫度。如果利用物聯網技術實現了熱水器控制器并入通信網絡,即可通過通信技術遙控熱水器,然后等我們回到家時,熱水器的水溫剛好合適使用。本文的設計正是基于這樣一種目地出發。
全球移動網絡(GSM,Global System for Mobile Communications)是目前覆蓋范圍最廣的移動通信網絡,短消息服務(SMS,Short Messa ge Service)是GSM終端之間通過服務中心進行文本信息收發的應用服務,SMS服務作為GSM網絡的一種基本業務,已經得到越來越多系統運營商和系統開發商的重視。SMS以其實現簡單,抗干擾能力強,通信成本低等特點,在遠程無線監控系統、數據采集系統、遠程無線傳輸、車輛監控定位系統等領域中得到了廣泛的應用。由于本設計所涉及的通信數據量較小,故選擇使用簡便的短信息功能來實現通信任務。
1系統總體設計
為了能實現需求的功能,本設計包括三部分:(1)浴室的熱水器水箱及配套設備,包括水溫傳感器,水位傳感器,注水電磁閥,加熱電路及其可控電子開關;(2)監控端核心控制通信模塊,采用市場上華禹手機模塊旋風001手機開發模塊(P1300);(3)主控端采用任意入網的支持手機短信息的GSM手機。結構如圖1。
2 系統硬件設計
華禹旋風001手機開發模塊既是一款手機又可以直接應用于行業產品,比如無線數據采集、控制、安防等領域。可在工業項目中直接代替單片機或者是ARM,把手機開發模塊理解成一個高級單片機,甚至比單片機更簡單的小電腦,不需要了解硬件,直接在PC上開發程序,降低了軟硬件的難度。目前已經成功地應用于RFID公交售票,物流條碼掃描,工業數據采集,GPRS視頻監控等領域。
2.1 系統硬件設計
(1)P1300內部集成了三個主要芯片,并提供多達128PIN的擴展口。①基帶芯片MT6225是一顆高集成的單芯片手機解決方案,內部集成一顆104 MHz的ARM7和一顆DSP以及一些外部接口。②電源芯片MT6318是一顆專為MT6225設計的高性能PMIC。③射頻芯片MT6139是一顆直接變頻的高性能四頻帶射頻芯片,因為采用直接變頻,省去了中頻電路,外部電路更加簡潔,降低了射頻設計應用難度。
(2)傳感器與執行器接入電路。本設計傳感器可采用太陽能熱水器控制儀表配件,水溫水位傳感器探頭(4芯通用)。市場上的水溫水位傳感器探頭原理各式各樣。P1300模塊留有復用ADC通道和豐富的GPIO接口供系統擴展。模擬信號傳感器可通過調理電路經ADC口接入,數字信號傳感器,如DS18B20直接由系統GPIO接入即可。
一般紅線藍線為水位信號,白線綠線為溫度線。
3 系統軟件設計
本系統的MTK平臺的軟件操作系統為Nucleus,類似μCOS的RTOS操作系統。在Nucleus的基礎上抽象了WTN32形式的GUI,開發語言為C開發環境,同時也提供完整的JAVA開發環境(J2ME)供用戶使用。
本系統軟件設計主要包括兩部分,可以選用C語言來實現以下的設計方案。
3.1 手機控制短信息格式設計
為了便于通信,本系統將采用標準格式的短信息。短信分兩種,一種為設置短信息,給出溫度設置信息和水量設置信息。收到設置信息后,系統自動調整電熱器電子開關和送放水電磁閥,確保系統狀態向設置點移動,直至符合要求;另一種為狀態查詢信息,收到查詢信息后系統自動返回當前溫度信息和水量信息。
3.2 P1300主控程序
系統軟件應分五部分:
(1)短信息讀取程序。本部分程序監測系統的短信息接收,提取信息的種類和設置信息的參數,供其他子程序調用。
(2)短信息自動發送程序。收到查詢信息后,本部分程序按照標準格式短信息返回當前熱水器的狀態。
(3)狀態控制程序。本部分程序監測熱水器中水位和溫度的狀態,收到短信息后,根據讀取程序返回數據,如果是設置信息,調整系統狀態向設置值移動,直至符合要求。
(4)身份認證程序。判斷發信息者的身份,只對系統設定的手機號作響應。
(5)自動待機功能。當長時間未有指示時,系統進入待機模式,等待短信息中斷喚醒。進入待機模式時,確保電源關閉,并停止注水,以免釀成事故。
4 結束語
本文立足移動通信網絡構思了一遙控系統,借用通用手機模塊的短消息功能,以實現熱水器溫度和水位的狀態信息和控制信息的傳輸。控制端采用通用手機,通過傳送標準格式的控制短信息,可以用來遠程設定和查詢熱水器的水量和溫度。
本系統安裝時需要確保監控端手機模塊信號良好,控制電路必須具有良好的防水結構,以適應浴室的高濕度環境。系統中留有很大的擴展裕量,可用來對家庭中其它電器及安全系統遙控。