遠程智能家電控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

　　O 引言

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

　　目前對智能家電領(lǐng)域研究有電話/手機網(wǎng)絡(luò)的遠程控制，基于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的智能家電軟件設(shè)計等。但一般家電智能控制存在成本高、可靠性差，系統(tǒng)設(shè)計冗余等缺點。本文針對以上問題，提出了基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAN總線技術(shù)，如和ZigBee無線技術(shù)c43的控制系統(tǒng)設(shè)計，著重解決了ZigBee無線和網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的，設(shè)計了一種簡單、低成本硬件設(shè)計方案，并在實驗室搭建了試驗平臺，驗證了控制效果。

　　1 遠程智能家電控制系統(tǒng)的基本組成

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

　　a．遠程控制端。包括個人手機和個人電腦的遠程控制。

　　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無線控制和CAN總線的有線控制。用戶可使用遠程控制端發(fā)送控制指令，控制指令通過互聯(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。同時家用電腦作為集中控制的主機，實時給遠程控制終端返回家電的運行狀態(tài)，供用戶遠程控制查詢。

　　2 遠程智能家電控制系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)

　　系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)主要包括：遠程控制端、遠程控制的網(wǎng)絡(luò)編程實現(xiàn)、集中控制端的控制軟件實現(xiàn)和家電控制端的控制電路實現(xiàn)。本文以家用電器常用的電飯煲為例，介紹系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。用戶的控制界面顯示電飯煲相關(guān)控制信息，例如開機、關(guān)機、保溫和調(diào)溫等控制功能。首先，用戶依據(jù)遠程控制界查詢到的電飯煲當前工作狀態(tài)，例如關(guān)機，以確定所需要的操作，如開機。此時遠程控制端的PC機通過互聯(lián)網(wǎng)路由器發(fā)送電飯煲的開機指令，在集中控制端的控制軟件監(jiān)聽到網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的開機指令，然后把指令發(fā)送到電飯煲的控制電路，最后由控制電路實現(xiàn)控制操作。同樣，電飯煲的反饋溫度等運行狀態(tài)信息也可通過遠程控制端實時查詢。

　　3 遠程智能家電控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

　　遠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，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。硬件實現(xiàn)原理框圖如圖1所示。

　　家電控制電路設(shè)計盡可能地簡單、可靠、低成本并具有可擴展性。控制電路總計由3個集成塊組成，結(jié)構(gòu)簡單，功能成熟可靠，易維護。整個電路成本低（如表1所示），單個控制電路零售成本=集成塊價格+電阻電容價格十制版費，小于25元。At-megal6集成4組I/O口，還有16路預(yù)留，可實現(xiàn)功能擴展。

　　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，輸入對輸出電壓隔離等特性，以上特性達到系統(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現(xiàn)和系統(tǒng)成本，采用At—megal6單片機作為控制微處理中心。Atmega接收到遠程控制端的控制指令信息，通過其數(shù)字I/O口輸出電平高低變化，控制開關(guān)電路的繼電器的功能切換，實現(xiàn)遠程開機、關(guān)機和調(diào)溫等狀態(tài)的切換控制。Atmegal6單片機亦能夠?qū)崟r地把電飯煲溫度數(shù)據(jù)實時采集并判斷電飯煲運行狀態(tài)是否正常，若溫度異常，向遠程控制端發(fā)送報警信息，確保電飯煲能夠平穩(wěn)、安全地達到需要加熱溫度。

　　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?？偩€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)進行總線訪問、無破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的仲裁和節(jié)點配置靈活的特點。設(shè)計實現(xiàn)框圖如圖2所示。

　　4 遠程智能家電控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

　　系統(tǒng)軟件如何對家電實時、準確遠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開發(fā)C/S程序。即遠程控制端向集中控制端服務(wù)器提出請求，服務(wù)器接收到遠程請求后，提供相應(yīng)的控制服務(wù)。

　　4．1 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)

　　遠程控制端開發(fā)了客戶服務(wù)程序，它可以顯示電飯煲的控制信息和運行狀態(tài)，并以預(yù)定的頻率刷新信息。在集中控制端開發(fā)了服務(wù)程序，當有控制請求時，必須讓服務(wù)器程序自動觸發(fā)，此服務(wù)器定時向客戶發(fā)送進程更新。例如，要監(jiān)控電飯煲5個狀態(tài)，就需要5個遠程服務(wù)進程。這些進程周期地發(fā)送進程更新。如圖3所示，軟件采用流式套接字（SOCK—STREAM）編程，實現(xiàn)了面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，數(shù)據(jù)無差錯，無重復(fù)的發(fā)送，且按順序接收。保證了控制信號的實時性和準確性。

　　家電反饋信息主要包括家電運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)錯誤的報警。電飯煲的加熱溫度可用溫度傳感器實時測量返回，返回的溫度數(shù)據(jù)可在遠程控制端上進行查詢，為用戶下一步操作提供參考。

　　4．2遠程控制端用戶界面設(shè)計與實現(xiàn)

　　遠程控制端用戶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、家電運行狀態(tài)和報警信息等，控制家電目錄可對控制對象。界面采用MFC AppWizar個基于MFC的單文檔界面（SDI）實現(xiàn)。建戶界面如圖4所示。

　　遠程控制實驗中，電飯煲加熱溫度變化曲線如圖5所示。

　　5 結(jié)束語

　　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)計方案，詳細介紹了遠程家電控制過程、系統(tǒng)硬件實用性和遠程控制的實現(xiàn)方法。遠程控制發(fā)送開機命令后，由遠程控制端記錄的電飯煲加熱溫度數(shù)據(jù)曲線。試驗結(jié)果表明：該系統(tǒng)能夠很好地對電飯煲實現(xiàn)遠程控制，電飯煲的運行狀態(tài)也能實時地遠程查詢，系統(tǒng)易于操作、性能穩(wěn)定。