遠(yuǎn)程智能家電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　O 引言

　　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信和控制技術(shù)的發(fā)展使家電的集中和遠(yuǎn)程智能控制成為可能，將信息技術(shù)和家電技術(shù)相融合，在更大程度上實(shí)現(xiàn)家庭生活的信息化和智能化，滿(mǎn)足人們舒適、高節(jié)奏的生活需要。使所有的消費(fèi)電子類(lèi)產(chǎn)品具備連入網(wǎng)絡(luò)的能力，這也是家用電器未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

　　目前對(duì)智能家電領(lǐng)域研究有電話(huà)/手機(jī)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制，基于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的智能家電軟件設(shè)計(jì)等。但一般家電智能控制存在成本高、可靠性差，系統(tǒng)設(shè)計(jì)冗余等缺點(diǎn)。本文針對(duì)以上問(wèn)題，提出了基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAN總線(xiàn)技術(shù)，如和ZigBee無(wú)線(xiàn)技術(shù)c43的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，著重解決了ZigBee無(wú)線(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的，設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單、低成本硬件設(shè)計(jì)方案，并在實(shí)驗(yàn)室搭建了試驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證了控制效果。

　　1 遠(yuǎn)程智能家電控制系統(tǒng)的基本組成

　　在達(dá)到性能指標(biāo)要求的情況下，為了盡可能地降低成本，整個(gè)系統(tǒng)盡可能使用常用家電設(shè)備，以使系統(tǒng)簡(jiǎn)單、易操作和低成本。控制系統(tǒng)分為：

　　a．遠(yuǎn)程控制端。包括個(gè)人手機(jī)和個(gè)人電腦的遠(yuǎn)程控制。

　　b．集中控制端。包括家用電腦和RS232一CAN轉(zhuǎn)接口。

　　c．家電控制端。包括ZigBee無(wú)線(xiàn)控制和CAN總線(xiàn)的有線(xiàn)控制。用戶(hù)可使用遠(yuǎn)程控制端發(fā)送控制指令，控制指令通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)到集中控制端的家用電腦，再由家用電腦把指令發(fā)送到所需控制的家電終端，例如冰箱、空調(diào)和電飯煲等。同時(shí)家用電腦作為集中控制的主機(jī)，實(shí)時(shí)給遠(yuǎn)程控制終端返回家電的運(yùn)行狀態(tài)，供用戶(hù)遠(yuǎn)程控制查詢(xún)。

　　2 遠(yuǎn)程智能家電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)主要包括：遠(yuǎn)程控制端、遠(yuǎn)程控制的網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)現(xiàn)、集中控制端的控制軟件實(shí)現(xiàn)和家電控制端的控制電路實(shí)現(xiàn)。本文以家用電器常用的電飯煲為例，介紹系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。用戶(hù)的控制界面顯示電飯煲相關(guān)控制信息，例如開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)、保溫和調(diào)溫等控制功能。首先，用戶(hù)依據(jù)遠(yuǎn)程控制界查詢(xún)到的電飯煲當(dāng)前工作狀態(tài)，例如關(guān)機(jī)，以確定所需要的操作，如開(kāi)機(jī)。此時(shí)遠(yuǎn)程控制端的PC機(jī)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)路由器發(fā)送電飯煲的開(kāi)機(jī)指令，在集中控制端的控制軟件監(jiān)聽(tīng)到網(wǎng)絡(luò)發(fā)來(lái)的開(kāi)機(jī)指令，然后把指令發(fā)送到電飯煲的控制電路，最后由控制電路實(shí)現(xiàn)控制操作。同樣，電飯煲的反饋溫度等運(yùn)行狀態(tài)信息也可通過(guò)遠(yuǎn)程控制端實(shí)時(shí)查詢(xún)。

　　3 遠(yuǎn)程智能家電控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　遠(yuǎn)程智能家電控制的硬件系統(tǒng)主要是家電的控制電路。它由供電模塊、控制模塊、通信模塊、傳感器和開(kāi)關(guān)電路組成。其中供電模塊采用北京明鑫公司的MXA（S）2．5S5NI，控制模塊采用At—megal6AL單片機(jī)，CAN通信模塊采用MCP2515為CAN控制器，高速光偶6N137作為隔離電路，PCA82C250T作為CAN接口控制器，采用MAX232作為RS232串口的通信芯片。硬件實(shí)現(xiàn)原理框圖如圖1所示。

　　家電控制電路設(shè)計(jì)盡可能地簡(jiǎn)單、可靠、低成本并具有可擴(kuò)展性?？刂齐娐房傆?jì)由3個(gè)集成塊組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能成熟可靠，易維護(hù)。整個(gè)電路成本低（如表1所示），單個(gè)控制電路零售成本=集成塊價(jià)格+電阻電容價(jià)格十制版費(fèi)，小于25元。At-megal6集成4組I/O口，還有16路預(yù)留，可實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展。

　　3．1 家電控制電路的供電模塊

　　由于家用電源為220 V交流，系統(tǒng)供電模塊要求把220 V家用交流電轉(zhuǎn)換為5 V直流供電電源，本文采用AC—DC電源模塊MXA（S）2．5S5N具有低輸出噪聲，165～265VAC寬輸入電壓范圍，輸入對(duì)輸出電壓隔離等特性，以上特性達(dá)到系統(tǒng)供電要求。

　　3．2家電控制電路的控制模塊

　　考慮到控制功能的實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)成本，采用At—megal6單片機(jī)作為控制微處理中心。Atmega接收到遠(yuǎn)程控制端的控制指令信息，通過(guò)其數(shù)字I/O口輸出電平高低變化，控制開(kāi)關(guān)電路的繼電器的功能切換，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)和調(diào)溫等狀態(tài)的切換控制。Atmegal6單片機(jī)亦能夠?qū)崟r(shí)地把電飯煲溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集并判斷電飯煲運(yùn)行狀態(tài)是否正常，若溫度異常，向遠(yuǎn)程控制端發(fā)送報(bào)警信息，確保電飯煲能夠平穩(wěn)、安全地達(dá)到需要加熱溫度。

　　3．3家電控制電路的通信模塊

　　ZigBee模塊具有低成本，低功耗特點(diǎn)?？偩€(xiàn)是一種有效的支持分布式控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，它具有多主站依據(jù)優(yōu)先權(quán)進(jìn)行總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)、無(wú)破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的仲裁和節(jié)點(diǎn)配置靈活的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)框圖如圖2所示。

　　4 遠(yuǎn)程智能家電控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件如何對(duì)家電實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確遠(yuǎn)程控制與通信是本文關(guān)鍵技術(shù)之一，本文基于TCP/IP協(xié)議，軟件采用Winsock開(kāi)發(fā)C/S程序。即遠(yuǎn)程控制端向集中控制端服務(wù)器提出請(qǐng)求，服務(wù)器接收到遠(yuǎn)程請(qǐng)求后，提供相應(yīng)的控制服務(wù)。

　　4．1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　遠(yuǎn)程控制端開(kāi)發(fā)了客戶(hù)服務(wù)程序，它可以顯示電飯煲的控制信息和運(yùn)行狀態(tài)，并以預(yù)定的頻率刷新信息。在集中控制端開(kāi)發(fā)了服務(wù)程序，當(dāng)有控制請(qǐng)求時(shí)，必須讓服務(wù)器程序自動(dòng)觸發(fā)，此服務(wù)器定時(shí)向客戶(hù)發(fā)送進(jìn)程更新。例如，要監(jiān)控電飯煲5個(gè)狀態(tài)，就需要5個(gè)遠(yuǎn)程服務(wù)進(jìn)程。這些進(jìn)程周期地發(fā)送進(jìn)程更新。如圖3所示，軟件采用流式套接字（SOCK—STREAM）編程，實(shí)現(xiàn)了面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，數(shù)據(jù)無(wú)差錯(cuò)，無(wú)重復(fù)的發(fā)送，且按順序接收。保證了控制信號(hào)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

　　家電反饋信息主要包括家電運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的報(bào)警。電飯煲的加熱溫度可用溫度傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量返回，返回的溫度數(shù)據(jù)可在遠(yuǎn)程控制端上進(jìn)行查詢(xún)，為用戶(hù)下一步操作提供參考。

　　4．2遠(yuǎn)程控制端用戶(hù)界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　遠(yuǎn)程控制端用戶(hù)界面包括控制信息記錄，控制家電目錄，服務(wù)器IP地址127．0．0．1，服務(wù)6000，連接服務(wù)器。信息記錄界面顯示家電控制令發(fā)送、家電運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警信息等，控制家電目錄可對(duì)控制對(duì)象。界面采用MFC AppWizar個(gè)基于MFC的單文檔界面（SDI）實(shí)現(xiàn)。建戶(hù)界面如圖4所示。

　　遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)中，電飯煲加熱溫度變化曲線(xiàn)如圖5所示。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　以電飯煲為例，給出了一種基于Internet程家電控制系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹了遠(yuǎn)程家電控制過(guò)程、系統(tǒng)硬件實(shí)用性和遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)方法。遠(yuǎn)程控制發(fā)送開(kāi)機(jī)命令后，由遠(yuǎn)程控制端記錄的電飯煲加熱溫度數(shù)據(jù)曲線(xiàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：該系統(tǒng)能夠很好地對(duì)電飯煲實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，電飯煲的運(yùn)行狀態(tài)也能實(shí)時(shí)地遠(yuǎn)程查詢(xún)，系統(tǒng)易于操作、性能穩(wěn)定。