（中山大学新华学院信息科学学院广东广州510520）
摘要：本文拟设计一种用于公共场所空调器的智能开关控制器，能方便地安装在空调设备电源线中，能监测区域是否有人员存在以及检测周围环境温度，从而对空调电源通断电状态进行控制，避免公共场所有人滥用空调或者离开场所忘记关闭电源造成电力资源浪费。另外，智能开关控制器也能为管理人员提供无线接入方法，可使用Android终端APP优先于环境变量对空调电源进行控制。
1引言
空调器广泛应用于各个场所中，通过调节一定区域温度，为人们的生活与工作营造舒适的环境。随着科学技术发展，空调应用技术也向智能化控制方向发展，给人们带来极大的便利[1]。但是空调额定工作功率较高，无法根据环境自动调整空调的工作模式，特别是办公区域常因为人们离开特定场所时忘记关闭空调电源等原因，造成极大的电力资源浪费[2]。本文拟设计一种智能开关控制器，能方便地安装在空调设备中，能监测区域是否有人员存在，结合检测到的环境温度下限值，对空调电源进行智能控制，避免公共场所有人滥用空调或者离开场所忘记关闭电源造成电力资源浪费，另外也可以通过Android终端APP来实现手动控制。
2智能开关控制器电路框架与功能
智能开关控制器通过继电器触点接入空调器电源线中，驱动继电器线圈通断电，以控制继电器中常开触点的工作状态，只有触点闭合时空调才能通电。控制器结构如图1所示，由电源电路、温度检测电路、人体热释电红外感应电路、Wi-Fi无线通信模块和处理器电路组成。电源电路能把220V的交流电转换为5V、3.3V直流电，为处理器电路及其他电路供电。温度检测电路通过温度传感器采集环境温度并转换为数字信号传送给处理器电路，使处理器电路能在温度达到上限值时才控制继电器闭合触点，确保温度不高时办公场所的空调不被滥用。处理器电路通过人体感应电路每隔十五分钟对一定范围内的场所进行检测，如前后两次检测场所中无人即断开空调电源，避免人们离开时忘记关闭电源而使空调一直处于无人工作状态。智能开关控制器通过Wi-Fi无线模块连接到无线路由器，便于管理人员对办公场所空调电源进行管理，优先级别最高，管理人员可在需要时通过Android终端APP连接到控制器，在环境温度未达到空调开启阀值时可以控制电源接通。
图1智能开关控制器整体框图
3元器件选型与硬件电路设计
电源电路可先通过二极管IN4007进行半波整流，把大约100V的脉动直流电送给开关管HJ13003进行开关控制，输出的电流通过高频开关变压器输出感应电压，再进行整流和滤波就可以得到+5V的直流电，只要控制好开关管HJ13003基极电流和通断时间即可达到稳定电源电压才的目的，把+5V送入AMS1117则可以输出+3.3V稳定电压，为各部分电路供电。处理器电路采用STM32F407作为核心器件，STM32F407运行功耗较低，工作电压2～3.6V，外接8MHz晶体振荡电路为处理器提供外部高频时钟信号，可通过倍频达到最高工作频率168MHz，有较高的运行速度和较强的数据处理能力。温度检测电路选用DS18B20作为温度检测器件，通过测量范围是-55℃～+125℃，能被控制进行温度采集并向处理器传送16位数字量。人体感应电路采用两个NL-SR1502（增强型）热释电人体红外传感器模块，最远感应距离约12米，覆盖范围可达到180°，一般空调器安装在房间中段位置，可检测一个100㎡的房间是否有人员存在。Wi-Fi无线通信采用ESP8266模块，该模块采用串口与处理器通信，模块提供WEP、WPA-PSK、WPA2-PSK三种安全机制，可使用Android终端APP通过无线路由器对模块进行网络配置，从而使用Android终端APP可以连接到智能开关控制器进行无线遥控。
4智能开关控制器程序设计
选用当前嵌入式开发的主流软件KeilMDK开发软件,完成程序编写、编译，再使用Flymcu软件进行下载调试。如图2所示，控制器接通电源后，处理器复位，进行硬件初始化，开始检测周围是否有人存在，同时向温度检测模块发送指令并接收温度数据，设置Wi-Fi无线模块工作模式，与无线路由器建立连接。
图2智能开关程序流程图
单片机STM32F407通过输入输出端口PC6与温度采集器件18B20的DQ端建立连接，18B20启动后进入低功耗等待状态。进行温度采集时，单片机先向DQ端发出复位脉冲，接着释放总线并读取18B20返回的低电平信号[3]。完成初始化后，单片机发送一个字节的ROM操作命令，执行跳过ROM命令，再发送温度转换命令，最后读取转换后的16位二进制温度数据。当读取的温度数据超过下限值时，将自定义的变量Lmit置1，只有处理器复位或者区域无人员存在超过15分钟时变量才会恢复为0，确保空调器能正常工作。另外，温度下限值可通过外接按键来调整。
人体红外感应模块NL-SR1502通电复位后信号输出引脚输出持续的低电平信号到单片机，单片机通过红外模块周期性检测空调器周围是否有人员存在。当感应区域内有人员存在时，则输出高电平。单片机PC7引脚接收到高电平，则把自定义变量Inf置1，之后延时15分钟，在此期间不受模块检测情况影响。当变量Lmit和Inf同时被置1，单片机控制继电器常开触点闭合，空调器可接通电源。
管理人员可根据需求通过Android终端APP连接到控制器，在环境温度未达到下限值时手动控制空调器接通电源。控制器通过程序控制ESP8266模块进入AP模式，开启TCP服务器，为Android终端提供无线通信接口，向客户端Android终端提供IP地址及端口号，以创建无线通信接入口。Android终端通过IP地址及端口号连接到控制器，使用安信可免费物联网手机软件SmartLink为其配置路由器的SSID和密码，使控制器能连接到无线路由器，之后Android终端就可以通过设置好IP地址和端口号的APP连接到控制器，在APP操作界面向控制器发送AT指令，以控制继电器触点断开和闭合。
5结语
本文所设计的智能开关控制器实现成本较低，操作方便，主要应用于公共场所空调器控制，能为管理人员进行设备管理带来极大便利。但是，随着物联网技术的发展，今后公共场所空调器可通过有线或无线方式接入局域网络，将通过计算机控制中心实现控制，向着更加智能化的方向发展。
参考文献
[1]王俐伟,廉小亲,安飒,付静.智能空调语音控制系统的设计与实现[J].家电科技,2018(07):46-50.
[2]易艺,郝建卫,于新业,李俊凯,宋阳柳.一种中央空调温控器控制系统的设计[J].现代电子技术,2019,26（05）:109-113.
[3]朱镇.基于单片机的温度采集和无线传输系统设计[J].中国设备工程,2019(04):105-106.