物聯網環境下的智能家居發射控制系統的設計

作者/熊長智，江西應用科技學院

物聯網環境下的智能家居發射控制系統的設計

作者/熊長智，江西應用科技學院

目前，我國很多領域都應用到了網絡技術、信息技術及計算機技術，提高了各大領域信息化及網絡化水平。物聯網是當下使用較為廣泛的網絡技術，已經在各種智能系統設計中得到了應用，其中最具有代表性的智能系統之一便是智能家居發射控制系統，該智能系統的設計、開發與應用，在很大程度上實現了電腦操作，提高了住房智能化水平，使人們的生活質量得到了提高。智能家居發射控制系統設計原理在于通過單片機技術實現對手動無線遙控器電路編碼和解碼的模擬，最終實現電腦控制，具有很強的可拓展性、發展空間和應用前景。因此，筆者基于物聯網環境，探討了智能家居發射控制系統的設計。

單片機；智能遙控；數據編碼；USB轉串口；無線發射

科學技術與人類社會是相符影響、相互作用、相互促進和相互制約的關系，即科學技術的進步推動人類社會發展，而人類社會進步也同樣推動科學技術發展，反之則阻礙相互之間的發展，所以網絡技術及信息技術等的發展推動了人類社會信息化發展，使人們實現了各種智能化操作，在生活質量上得到了提高。現代，在物聯網環境下，智能手機、智能機器人等智能產品得以開發和應用，使智能家居概念在人們生活中逐漸滲入，方便了人們的生活。這里的智能家居就是指通過計算機技術、數字技術、綜合布線技術及網絡通訊技術等應用，實現各種家居子系統的結合，從而提高家居智能化操作的水平，如信息家電系統、安防系統等的有機結合，使平民體會到了物聯網的便利性，進一步證實實聯網環境下構建智能家居發射控制系統成為一種必然。

1.物聯網環境概述

現如今我國家的物聯網體系已經初見規模，即使與國外的物聯網通信技術與產品相比，也不會有太大的差距，雖然大致的發展很好，但是在一些小的比如傳感器、RFID等一些感知方面的制作技術以及高端軟件與集成服務方面還是有著很大的不足。在我國經濟的飛速發展下，我國的儀器儀表、嵌入式系統、軟件集成與服務等方面還是有很大建樹，然而新形式下的物聯網相關技術與設備的發展還是處于起步階段，因此，物聯網的未來潛力還是非常廣闊的[1]。

近幾年，隨著經濟全球化、社會信息化的程度逐漸加深，已經影響到了時代的潮流的發展方向，而且智能化的設備，比如生活中最為常見的智能手機，就是移動性最強，普及率最高的，而如今便攜式的智能手機也已經成為了智能家居系統的主要控制手段。

在生活水平的不斷提升下，消費者的需求也在發生變變化，現如今的消費者對家居的需求已經不再滿足于單純的外觀與簡單，消費者的需求逐漸在向多功能性延伸。智能家電的意思主要就是講全新的計算機技術與數字信息化技術、信息技術運用在傳統的家電設備上，讓傳統家電能夠擁有智能化的信息網絡功能，這樣的話，消費者就可以利用手機對家電進行遠程的操控、系統升級、以及報警燈諸多功能[2]。

當前，絕大多數的家客廳對電器的控制依然是手動，而物聯網下的智能家居控制系統是通過計算機來模擬遙控器編碼，從而實現終端對家用電器的控制目的。整個系統主要在兩點：控制終端與發射終端，這里面的控制終端指的就是計算機設備，本新型實用作品的設計主體就是其中的發射終端，它是一種類似USB接口的新型遙控信號發射器，這項技術已經成功得到了國家實用新型發明的專利。這項技術的研發不僅可以通過電腦對家用電器形成控制，而且它還能被用于工業中的大規模無線控制，在未來這項技術的應用前景是非常廣的[3]。

2.物聯網環境下的智能家居發射控制系統硬件設計

■2.1 系統的整體設計

整套系統共分為電腦控制系統與發射系統兩大主體部分。電腦控制系統主要是負責控制終端的編碼，根據輸入的狀態產生相匹配的指令從而實現對終端的控制。發射系統是保證電腦與系統 CPU的正常連接，然后在根據不同的指令進行編碼的二次確認，隨后再將編碼發射出去，這一過程還需要保證終端能夠順利的接收到指令。

因此發射系統又被分為硬件與軟件兩部分共同協作：硬件主要是USB轉串模塊、單片機主控模塊與信號發射模塊共同組成，發射系統就是通過電腦將數據通過USB串口輸入到單片機，由單片機對受到的信息進行檢查是否正確，有五則重新發送，接受無誤即可對數據進行相應的編碼處理并傳送到無線發射模塊，再由模塊將信息發射出去[4]。

■2.2 系統各模塊電路設計

2.2.1 單片機控制模塊設計

這一模塊以軟件編程為主，而且硬件的電路也算是相對比較簡單的。單片機控制模塊的硬件電路設計主要是通過USB 轉串口模塊的TXD 和RXD 線和單片機的RXD 和TXD線進行串聯，從而達到與電腦信息的傳輸與交換。

2.2.2 USB 轉串口模塊設計

這一模塊主要是負責的是控制系統與單片機系統的數據交流，電路可以利用經典的設計，轉換芯片規定使用的是PL2303HX。在設計這一模塊時，需要讓產品的體積盡可能縮小，因此，設計時需要在保證性能的前期下，盡可能降低對元器件的利用[5]。

2.2.3 信號發射模塊設計

這一模塊功能是把單片機傳輸過來的編碼按照順序重新發射出去。這一模塊是由聲表諧振器、高頻三極管組成的三點式振蕩電路。電路圖如圖1所示。

圖1 無線發射模塊電路圖

3.物聯網環境下的智能家居發射控制系統軟件設計

軟件設計有兩部分組成：第一，計算機控制界面的設計，為了保證直觀，因此多使用虛擬儀器中的LabVIEW軟件；第二部分是單片機控制模塊的程序設計，主要利用底層的匯編語言完成[6]。

■3.1 編碼規則的確定

傳統手動的無線遙控器主要利用的是PT2262芯片，而PT2262/PT2272的編碼規則，對實際波形測量時，編碼的規則為：同步碼+八位地址碼+四位數據碼。在理論中，每個碼都有三種狀態，它們分別是低電平、高電平、高阻三種狀態，且都有各自相匹配的波形圖。

■3.2 發射編碼設計

通常在PT2262/PT2272 的協議中，編碼一般是由三部分構成：分別是同步碼、地址碼以及數據碼。雖然理論上的地址碼與數據碼都有三種狀態，但是在手動遙控器中，地址碼會在焊接電路時就已經固定，統一保持在高阻狀態。

因為單片機的產生是因為模擬的芯片編碼，所以可以不用受硬件電路的限制，若是采用1 和0 來顯示高低電平兩種狀態來完成編碼，可以控制的終端能達到212個，但若是選擇10、00、01 來表示，控制的數量講可以達到312個，通常普通的工作只需要1 和0 就能夠滿足設計需求[6–7]。

一般情況下，在使用單片機進行模擬脈沖編碼時，都是通過USB轉串口來完成數據的傳輸，然后在通過相應的算法來肯定8 位地址碼和4 位數據碼應該擁有的狀態特性，只有這樣才能更好的調用不同的基準延時來模擬不同狀態編碼，從而實現的真正的模擬型12 位的波形編碼，這種方法在最后還需要添加上模擬過程中的同步嗎，通常為了簡單，同步碼都是單獨的編寫的程序，在使用時就可以直接快速的插入就能達成目的。這樣就算是讓單片機的軟件編程完成模擬了PT2262 芯片的編碼過程[7]。

當系統最終制作完成時，就會顯示出下圖所示的電路，圖上顯示的為電路PCB制版的正反兩面。在PCB 排版的過程中，要考慮的因素很多，而其中最需要重視就是其中的高頻發射模塊排版布局，這點做好的話可以有效地提升發射效率，比如下面的圖2，所顯示的正是經過多項修改與測量后的電路板圖。

4.實驗結果

圖2 系統正、反面PCB圖

這一系統的設計出發點主要是為了用計算機來取代手動的遙控器，從而對家用電器進行智能化的控制，當整個系統的硬件部分完成時，就可以利用LabVIEW 語言設計一個可以安裝在所有電腦上的控制軟件。通常來講，軟件的有效控制端口做最好保證在212個，也就是通常的4096個，哲哲技術能遠遠超出傳統的手動遙控器控制量，也能很好的滿足當下多種復雜場合的使用需求。

5.結論

總之，當下已經迎來了網絡時代，很多網絡技術在各大領域中得到了應用，家居領域也不另外，在各種網絡技術的應用下，逐漸實現了智能化操作，使人們在家居應用中更加安全、方便和快捷。智能家居發射控制系統是現代最具有影響力的智能家居系統，已經在人們生活中得到了應用，具有很大的發展空間及應用前景，所以在物聯網環境下實現智能家居發射控制系統設計與應用是必要的。對此，上文先簡單概述了當下的物聯網環境，然后從硬件系統和軟件系統兩大方面分析物聯網環境下的智能家居發射控制系統設計，設計中應用到了電腦設備、傳統的U盤、控制軟件、無線媒介等軟硬件。

＊ [1]陳萬培,高為民,丁小梅,王曉天.物聯網環境下的智能家居發射控制系統的設計[J].電子制作,2013,(08):150-151.

＊ [2]陳志楨,董建懷.家居新風系統控制器的設計與實現[J].廈門理工學院學報,2016,24(03):28-33.

＊ [3]龍滔滔,吉承平,李志遠.智能家居無線傳輸系統設計[J].電子設計工程,2016,24(17):122-124.

＊ [4]許朋,梁雨,張春亞,卞小亮,張認.基于物聯網的遠程紅外控制器[J].電子技術與軟件工程,2016,(19):145.

＊ [5]張為方,張倫寧,尹子悅,席素,馬凱.物聯網技術在智能家居控制系統中的應用[J].物聯網技術,2015,5(08):52-53+56.

＊ [6]劉燕,黃杰賢.基于無線語音控制的智能家居系統設計[J].電腦與電信,2015,(07):68-70.

＊ [7]王倩,鄒浙湘,劉謀君.基于RF的智能家居無線通信網絡架構設計[J].現代電子技術,2017,40(16):29-31.

江西省教育廳科技項目，異構網絡智能家居控制系統及其模塊化接口研究（GJJ151311）。