圖1 藍牙串口應用結構圖

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1.2 藍牙RFCOMM
??? 目前很多傳統(tǒng)的應用都是基于有線方式開發(fā)的,，藍牙如果不能解決對傳統(tǒng)協(xié)議的適配問題，就很難成為一個廣泛應用的標準了,。因此,，藍牙制定了一些“適配協(xié)議”，實現(xiàn)對傳統(tǒng)應用的支持,。電纜替代協(xié)議（RFCOMM）是一個簡單傳輸協(xié)議,，附加了RS-232串口仿真的規(guī)定，在藍牙基帶協(xié)議（Baseband）上仿真RS232的控制和數(shù)據(jù)信號,。為使用串行線傳送機制的上層協(xié)議提供服務支持,， RFCOMM可以提供一個RS-232的物理接口，通過PIN對PIN的硬件接口進行非RFCOMM部分的流控制操作,。
1.3? 藍牙串行口Profile
??? 藍牙串行通信接口Profile（SPP）是RFCOMM協(xié)議的典型應用,。在兩個設備之間建立虛擬串口，并用藍牙連接兩個設備的有線串口電纜,。任何現(xiàn)成的應用都可以在兩個設備上運行,，使用虛擬仿真串口就像存在一個真正的串口電纜連接兩個設備,串口的波特率可達到128kb/s。本設計采用CSR公司的IDE軟件bluelab3.5.2對CSR藍牙模塊BlueCore3-Multimedia進行編程,，其流程圖如圖2所示,。

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1.4 藍牙傳輸數(shù)據(jù)幀" title="數(shù)據(jù)幀">數(shù)據(jù)幀格式
??? 無線通信系統(tǒng)的一對多傳輸必然會出現(xiàn)隱藏終端和暴露終端的問題， 因此,，不同ID的藍牙空調(diào)與PC主機進行通信必須由主機統(tǒng)一分配,。在初始化過程中,，主機將發(fā)送廣播信息搜集主機廣播范圍內(nèi)所有應答的從機ID，通過不同的ID范圍,，PC主機可以辨認每一個從機類型,，針對不同的家用電器進行相應數(shù)據(jù)類型的通信。當主機主動發(fā)出控制命令時,，不需通過廣播信息,，直接尋址發(fā)送控制命令至從機，從機完成相關命令后,，發(fā)送ACK應答報告命令執(zhí)行完畢,，應答幀中應該包含對應控制命令更改后的參數(shù)值，使得主從同步,。當從機有事件發(fā)生需要報告主機時,，必須先發(fā)送RTS信號至主機，如果收到CTS信號,，則說明主機模塊處于空閑狀態(tài),，從機就可以發(fā)送狀態(tài)數(shù)據(jù)幀至主機，否則說明主機忙,，需回避一段隨機時間后再次發(fā)送RTS至主機應答為止,，這樣，就能夠避免出現(xiàn)主機與兩個或兩個以上從機通信時不同從機的干擾,。由于數(shù)據(jù)幀的傳輸是按需進行的,，所以從機碰撞概率很低，采用RTS-CTS的方式已經(jīng)能很好地實現(xiàn)一主多從的通信模式,。
??? 藍牙主從模塊通信的數(shù)據(jù)幀格式如圖3所示,，其中器件地址包括從機地址和廣播地址。所有從機對廣播地址的數(shù)據(jù)幀都具有接收功能,，因此,，藍牙主機可以喚醒2¹⁶-1=65 535個從機。幀功能傳送包括模式切換,、溫度,、開關、風速等信息,。數(shù)據(jù)長度包括幀功能、數(shù)據(jù)信息和校驗碼的字節(jié)長度,。數(shù)據(jù)信息為傳送的數(shù)據(jù),，包括命令和數(shù)據(jù)。累加和校驗碼是數(shù)據(jù)長度,、幀功能和數(shù)據(jù)信息的累加和,。

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圖3 藍牙通信數(shù)據(jù)幀格式

2 網(wǎng)絡空調(diào)程控系統(tǒng)的硬件設計
2.1?硬件框圖
??? 藍牙空調(diào)硬件框圖如圖4所示,。常規(guī)空調(diào)的控制實體主要有室外風機、壓縮機,、室內(nèi)風機,、換向閥和風門電機五部分，以紅外遙控作為輸入,，蜂鳴器,、數(shù)碼管（LED燈）作為程控系統(tǒng)的輸出。而藍牙空調(diào)加入雙工藍牙模塊,，實現(xiàn)與PC機的短距離無線通信,，能實時獲取空調(diào)內(nèi)部狀態(tài)反饋，通過PC機與空調(diào)的交互,，增強控制的穩(wěn)定性與可靠性,。

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2.2?風門電機
??? 風門電機負責控制空調(diào)送風扇頁的角度，達到定點送風的目的,，一般具備至少5個不同的固定角度以及各角度定時切換到自動和擺動功能,。自動模式每隔一段較長的時間就改變一次扇頁角度，每次更改均會回擺至最大校正角再返回特定角位,；而擺動模式不需要回擺校正角,，不斷（短間隔）地在中間角度來回擺動，給人一種自然風的感覺,。因此,，風門電機必須具有比較精確的旋轉(zhuǎn)角度控制，具有正/反轉(zhuǎn)控制功能和慢速調(diào)整功能,。本系統(tǒng)選用步角距為5.625度/64四相六線式的步進" title="步進">步進電機,，由其步角距可以計算得到步進電機完成一周需要4 096次步進，如果每5ms進行一次步進,，則正轉(zhuǎn)一周需要20s,，而且5.625度/64的精度也能達到上述要求。步進電機的原理如圖5所示,，對于單片機控制來說,，四相引腳按照A、AB,、B,、BC、C,、CD,、D、DA八個節(jié)拍循環(huán)的順序以5ms的間隔進行賦值并用寄存器實時計算步進角即能達到空調(diào)扇頁的精確控制^[7]。值得注意的是,，一般的TTL電平很難產(chǎn)生足夠的扭力轉(zhuǎn)動扇頁,，所以必須加入ULN2003提高驅(qū)動電流來帶動扇頁運轉(zhuǎn)，如圖6所示,。

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圖6 藍牙網(wǎng)絡空調(diào)原理圖

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2.3?PG電機的控制
??? PG電機負責室內(nèi)風機強風,、中風和微風三種不同風速的相互切換，利用反饋信號產(chǎn)生閉環(huán)控制達到無級調(diào)速的目的^[8],。PG電機每轉(zhuǎn)動一圈,，反饋端將產(chǎn)生一個或三個脈沖，這樣就能及時測出電機的轉(zhuǎn)速,。對于PG電機的平穩(wěn)調(diào)速^[9],，本文分用戶層和底層兩個層次進行控制。在用戶層,，每隔1s MCU利用實測的轉(zhuǎn)速和用戶設定的轉(zhuǎn)速的差值調(diào)整調(diào)制深度,，如表1所示。粗調(diào)可以節(jié)省調(diào)制時間,，加快空調(diào)的響應速度,，微調(diào)可以增加精度，這樣不斷地從反饋轉(zhuǎn)速中獲取應變原則,，不斷修正轉(zhuǎn)速曲線以平穩(wěn)地達到用戶要求的修正值,。

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??? PG電機底層可以分為三個部分：過零檢測、轉(zhuǎn)速檢測和風速驅(qū)動部分,。如圖6所示,，單片機每25ms由過零檢測電路檢測到相線零點后開始計時，延時用戶層中設定延遲時間后,，由單片機啟動可控硅導通,，通過每秒鐘步進導通角（間隔125μs）的次數(shù)即可以達到調(diào)速的目的。

2.4?壓縮機和室外風機
??? 壓縮機和室外風機的控制信號由ULN2003提供,。值得注意的是,，頻繁啟動對壓縮機的損害很大，為了更好地延長壓縮機的壽命,，最好先啟動室外風機,，再啟動壓縮機，并在壓縮機關閉后,，必須延時一段時間后才允許重新啟動,，所以，本設計做出以下規(guī)定：(1)當室溫-設定溫度≥1℃時,，壓縮機滿足3min延時條件,，室外風機先啟動5s,，接著壓縮機工作; (2)室溫-設定溫度≤1℃,壓縮機停機,，室外風機延時20s停機,，壓縮機需延時3min，才能再次啟動,。
3 網(wǎng)絡空調(diào)程控系統(tǒng)的軟件設計
?? 從軟件層面來說該系統(tǒng)可以分為三大部分,，分別是(1)控制實體：壓縮機模塊、風門電機模塊,、室內(nèi)風機模塊,、室外風機模塊和換向閥模塊；(2)輸入輸出部件：E2PROM存儲模塊,、數(shù)碼管顯示模塊,、溫濕度采集模塊;(3)接口：UART串口模塊、紅外接收模塊,。三大部件統(tǒng)一由多任務調(diào)配模塊和定時器分配模塊進行任務的調(diào)度,，由任務調(diào)度定時器產(chǎn)生從5ms～1min不同等級的定時中斷標志，設定時間到則激活相應的任務標志位,，主線程檢測到標志位為1時運作相應的模塊,，這樣，就可以避免模塊間的相互干擾,，利用時分復用方法呈現(xiàn)多任務并行的表現(xiàn)形式,。主線程不斷循環(huán)檢測標志位，在入口處先判斷空調(diào)的操作模式,，一般空調(diào)分為制冷,、制熱、除濕,、送風及溫感自動（即根據(jù)室溫判斷冷熱模式）五種模式,，然后根據(jù)操作模式的不同激活相應的模塊。以制冷模式為例,，其流程圖如圖7所示,，充分體現(xiàn)了以上原則；該圖中,，由于制冷模式是溫感模式中的一部分,，故程序入口必須判斷室溫是否達到溫感控制的要求退出制冷模式；程序以輪詢的方式分別從E2PROM獲得默認參數(shù),，設定風門電機的正反方向的擺動角度,，設置內(nèi)風機的風速大小，外風機的啟動時間以及壓縮機的限時保護等,。系統(tǒng)按步驟獨立地高速運行,，以達穩(wěn)定性要求。

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