多方式手機遠程控制電器示教板

梅良明

設計背景與目的

當前網絡連接控制可以分為有線和無線2大類。隨著互聯網技術的發展，智能控制技術也在發生翻天覆地的變化。如WiFi與ZigBee等技術，由于具有網絡結構簡單、成本低廉等明顯優勢，再配合以云網絡的快捷與大數據存儲傳輸，因而在照明、家電、安防等領域掀起了一場無線智能控制的革命。

最基本實用的智能控制包括：家電控制、燈光控制、電動窗簾控制、防盜報警、門禁對講、環境監測等。其中個性化智能控制方式有：本地控制、遙控控制、手機遠程控制、感應控制、網絡控制、定時控制等。智能手機的普及，使得設備通過WiFi聯網控制或通過GPRS信號遠程控制逐漸成為一個趨勢，讓手機成為一個簡單易用的萬能控制器。為了擴大學生知識面，讓他們對新型智能控制技術在原理、方式、路徑上有更多的了解，激發學習的興趣，我結合高中通用技術課中有關控制論、系統論的知識，設計了多方式手機遠程控制電器示教板。

手機遠程控制原理

WiFi智能控制

手機通過WiFi進行遠程控制的原理見圖1。

在有互聯網接入的地方，手機發出的控制信號可經由GPRS基站、光纖到達服務器；再經信號轉換，通過有線互聯網到達用戶路由器，發出WiFi信號經由智能插座（或智能控制器）最終控制電器開關。這種方式可以進行遠程控制，并且系統能夠反饋控制狀態。

在沒有互聯網接入的地方，手機由APP端發出WiFi信號經由智能插座直接控制電器。這種直連控制方式，可不經過互聯網，但受WiFi信號作用范圍限制，所以只能進行近距離控制。

WiFi智能控制安裝使用實例

使用WiFi智能插座，先配置本地聯網使用的無線路由器、SSID和訪問密碼。選擇輸入家中的SSID和密碼，配置成功即可。

加入WiFi網絡后，WiFi智能插座如同1臺聯網的電腦，能夠與相應的后臺服務器交換信息。

手機APP端在戶外時，使用2G/3G互聯網連接到后臺，實現與WiFi智能插座的雙向交互，從而實現了遠程控制與狀態反饋。

在同一WiFi下，WiFi模塊與手機之間，如同一局域網的2臺電腦，不需要跨互聯網，也能夠實現WiFi智能插座的控制與狀態反饋。

手機短信GSM控制方式

短信GSM控制原理見圖2。

手機信號發送GPRS信號到最近基站，高頻信號轉為低頻信號后，經由有線電話網到接電手機附近基站，再轉成高頻信號，通過GSM遠程控制插座開關控制電器。插座裝有手機SIM卡，相當于一部手機，可以接受短信或電話指令，通過信號轉換進而控制繼電器的閉合，實現遠程開關電器，并能查詢控制狀態。

GSM控制安裝使用實例

插入手機卡到主機，接入電源（220V），初始化、進入GSM網絡、設置密碼、主人號碼。控制方式：短信/電話/按鍵。如輸入“SN+6位密碼+3個插孔代碼”（N表示開啟；F表示關閉）

即可通過手機短信遠程控制、設置。

GSM控制器用短信、電話直接驅動多路繼電器，控制多路開關，具有遙控結果和短信反饋功能。處于短信查詢電器工作狀態時，工作狀態的改變可自動通過短信發送到指定手機。GSM遠程控制不受距離的限制，對于沒有固定電話、寬帶網絡的地方，尤為適用。例如控制家中空調、電飯鍋的開啟或停止；與電磁鐵相結合，可遠程控制門窗的開閉；與電磁閥相結合，控制各類閥門；控制無人值守基站、設備等。

從原理上區分，這2種方式各有特點。WiFi是將電腦、手持設備（pad、手機）等終端，以高頻無線信號的方式互相連接的技術。WiFi傳輸的速度可達11～300Mbps，不需要消耗手機流量費，但傳送范圍較小，只有幾米到幾十米且只能應用在有互聯網接入的場合。短信GSM控制的控制范圍大，可達到幾百米至幾千米，手機基站覆蓋范圍廣，但傳輸速度比較慢，而且需要為控制支付短信費用。

圖3所示為示教板工作原理放大圖，圖4為示教板實物照片。在圖3中左上邊紅色虛線部分構成外接網絡系統；黑色虛線部分構成局域網絡系統，右邊綠色實線部分構成遠程控制系統。

示教板使用效果

示教板闡明了手機遠程控制的2種方案，能幫助學生對它的科學原理、控制方式、流程結構獲得深刻形象的認識，讓學生理解現代科學技術——智能遠程控制在現實生活當中廣泛的應用前景，使理論知識與實際應用能夠密切結合，能極大地提高學生的學習興趣，增強學習效果。

本示教板結合了高中《通用技術與設計1》的相關內容，對學生設計工程、方案構思、模型制作具有啟發作用。本示教板也是《通用技術與設計2》中的結構與設計、流程與設計、系統與設計、控制與設計等內容的一個很好的案例，能極大地改善學生在理論學習中的形象認識。

本示教板設計思路新穎、原理科學、制作簡潔、操作方便，對于學生形象直觀地學習、掌握比較困難的知識點，具有極大的幫助作用，在教學應用中受到師生的好評。

創新點

把手機遠程智能控制的幾種方式集中在一個示教板上便于對比分析。

詳細闡明流程方框圖，使學生理解控制方式、控制過程，并注重每一個細節。

圖形與實物結合，在教學中生動形象，便于觀看理解。

集中教學應用，多人觀看，便于教師分析講解。

彌補了實驗室沒有此類教具的遺憾，教學效果顯著。

應用范圍

高中物理實驗室、通用技術實驗室、科學實驗室的日常教學，以及一些科研教學、科普教育活動的展示應用。圖5是結合示教板搭建的部分實驗實例。

該項目獲得第30屆全國青少年科技創新大賽科技輔導員創新成果科教制作類一等獎。

專家評語

該方案原理科學，概念清晰，構思巧妙，設計合理，教育性強，選題新穎，具有實質性創新，對傳統方法有突破。作品效果顯著，制作規范，具有示范推廣作用。希望該項目進一步增加其他方式的遠程控制技術，并優化教學設計。endprint