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智能空调系统解决方案 - 软件开发案例

2016-02-20 09:51:42

一、前言

     日常生活工作中,有些场合需要特定的环境条件,如我们平时的电子设计实验室、舒适的婴儿寝室,对环境要求比较高,其中包括两个重要参数:温度、湿度,今天我们就基于DragonBoard 410C做一个智能空调系统方案。

 

二、概述

 如下图,原理很简单,我们就基于DragonBoard 410C结合日常现有的空调机搭建了一个原理框图,因为要保证现有空调机完整的前提下进行,那么就我们通过红外控制空调的工作状态(目前市场上大部分空调机人机交互途径还是红外遥控),我们采用温度、湿度两个Sensor采集室内温湿度数据(有时两Sensor会封装在一颗IC内),通过I2C接口传给Dragon Board,CPU APQ8016会将对应的数据通过液晶LCD显示出来,同时在内部做一下算法处理,然后通过一个GPIO控制红外发射二极管将控制信息发射出去,在另外一头,空调机的红外接收头接收到控制指令,空调会做出相应的工作状态调整,另外,如果湿度不够则开启加湿器而关闭空调机的除湿功能。

 

三、设计说明

3.1 温度传感器

       温度传感器内部框图如下,其温度感应器件(一般是热敏电阻)将温度信息转成电压大小,经放大并ADC转换后变成数字信号,再经内部处理将信号转成符合I2C接口协议的数据输出,每个厂家的Sensor都大同小异,可能在算法和一下辅助功能上有些差异,如累积求平均的算法,加一下逻辑控制比较器以可做一些硬中断。

3.2 湿度传感器

湿度传感器常见的有两种:电容式和电阻式。

a、电容式。

电容式湿度传感器的传感器件就是湿敏电容,一般是用高分子薄膜电容制成的,当环境湿度发生改变时,湿敏电容的介电常数发生变化,使其电容量也发生变化,其电容变化量与相对湿度成正比。如下图是一颗电容式湿度传感器内部框图,湿敏电容将湿度变化转换为电容值变化,再转成电压信号经两级运放放大,输入到ADC转成数字信号,再由内部控制逻辑电路处理后以常见的数字串行接口(I2C/SPI)输出。

 

b、电阻式。

相应的,电阻式对应的则是湿敏电阻,特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜,当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时,元件的电阻率和电阻值都发生变化。如下图是某电阻式传感器框图,同上相似,除传感原件差异外,后续相关处理电路工作原理相似,不在赘述。

 

3.3 IR遥控

这里我们用到了红外遥控输出,所以也简单说说其原理吧。红外遥控由两部分组成:红外发射和接收。发射部分是一颗特定波长(如940nm)的红外光发射二极管,由一个普通的晶体管即可驱动,工作时,38KHz载波被控制信号调制,通过某种编码方式发射出去。接收端则是红外接收光电二极管及其后端处理电路组成的红外遥控接收头,光电二极管将红外光转为电信号,经放大、自增益控制、包络解调、整形及驱动等处理后还原输出数字信号。

3.4 液晶LCD

液晶LCD在这里起到的作用是将采集到的温湿度信息显示出来,此屏还带背光,在黑暗的环境下也能清晰可见。这种点阵式的接口一般为普通的低速并行口(如下表接口定义),易于控制,其内部工作原理及驱动程序在网上很容易找到,在此也不在赘述。

 

编号

符号

引脚说明

编号

符号

引脚说明

1

VSS

电源地

9

D2

数据

2

VDD

电源正极

10

D3

数据

3

VL

液晶显示偏压

11

D4

数据

4

RS

数据/命令选择

12

D5

数据

5

R/W

读/写选择

13

D6

数据

6

E

使能信号

14

D7

数据

7

D0

数据

15

BLA

背光源正极

8

D1

数据

16

BLK

背光源负极

 

 

四、综述

将以上各部分组装起来,配以驱动程序,较容易的就可以实现我们的这个智能空调系统,值得注意的是,湿度和温度有一定关系,实验室设备环境的调节倒还较为简易,只要满足设备工作的温湿度范围即可,若是人体感觉则不一样,因涉及到舒适度的问题,不同的温度要配合一个较合适的湿度才会得到较好的舒适度,需要得到丰富的经验值,建立一个查询表或者数据库,或者,在算法上做一些优化。

 

五、进阶

我们可以进一步做的人性化一点,将认为控制加进来,如写个APP,用手机通过WiFiDragonBoard通信,发命令手动调节,自定义“均衡器”以适应跟人感受喜好。

 

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