一種基于NodeMCU的紅外遙控改造為遠程遙控的方法

劉天宋，單艷芬，張 俊，熊家慧

（常州劉國鈞高等職業技術學校，江蘇 常州 213025）

0 引 言

遙控器是大多數家用電器、工業設備的必備配件。傳統的遙控器多采用紅外、藍牙、ZigBee、RF射頻或者其他形式的無線電傳輸信號，往往在與設備的距離、抗干擾性和操作性等方面具有一定的局限性。現實生活中，一些采用傳統遙控方式的電氣設備受工作環境、天氣變化等因素影響，往往需要更改工作方式。例如，圖1所示的屋頂天窗在天氣轉陰雨時，需要及時關閉，以免漏雨。屋頂天窗多采用紅外遙控，圖2和圖3所示為一種常見的屋頂天窗遙控器外觀及其內部結構，該遙控器按鍵較少，3個按鍵均采用微動開關按鍵，分別控制天窗的開、關和停止。但在房屋主人不在家時，無法通過遠程遙控關閉。因此，在不破壞原有天窗和天窗遙控器的基礎上，有必要對原有的紅外遙控器進行改造。

圖1 屋頂天窗

圖2 屋頂天窗遙控器外觀

圖3 屋頂天窗遙控器內部結構

隨著物聯網技術的不斷發展，基于WiFi技術的遙控器產品越來越普遍。該類遙控器產品采用WiFi技術，擴展了遙控信號的傳輸距離；且隨著近幾年開源項目的不斷發展，可以方便地使用一些開源的軟硬件平臺實現遙控器的遠程控制和數據傳輸等功能。

為了將屋頂天窗紅外遙控改造為遠程遙控，本文基于NodeMCU，在不破壞原來遙控器結構和電路的基礎上，提出了一種將天窗紅外遙控改造為遠程遙控的方法，并設計制作出了實物樣機。本文對天窗紅外遙控改造為遠程遙控的總體設計方法進行了說明，介紹了遙控器的控制電路設計、程序設計并對改造后的遙控器進行了測試，最后總結了本設計的優點和存在的不足。

1 總體設計

紅外遙控改造為遠程遙控的原理如圖4所示。改造后的整個遠程遙控系統分為三個部分：手機端、服務器端和遙控器端。手機端需要安裝blinker APP，服務器采用的是blinker的免費服務器，遙控器端包含機械結構和硬件電路兩部分，具體參考第2章。

圖4 紅外遙控改造為遠程遙控的原理框圖

當用戶在手機blinker APP上發出打開或者關閉天窗信號時，手機通過網絡將信息發送到blinker服務器，服務器再將信號發送到遙控器端的NodeMCU；NodeMCU根據接收到的信號，控制相應的輸出接口，通過驅動相應繼電器，控制對應的貫穿電磁鐵執行動作，電磁鐵產生機械推力，觸發按鍵，代替了手動按鍵動作，從而實現了遠程遙控功能。

2 遙控器端設計

2.1 控制電路核心—NodeMCU

遙控器端的控制電路核心采用的是NodeMCU，如圖5所示。NodeMCU是一個開源的物聯網平臺，包含了可以運行在 ESP8266 WiFi SoC芯片之上的固件，以及基于ESP-12模組的硬件，可將數據通過TCP協議與物聯網云平臺連接，實現數據的遠程存儲。NodeMCU的開源特性賦予了其技術資料豐富、編程方便等特點，可以使用Arduino IDE編寫和下載程序。

圖5 NodeMCU實物圖

2.2 推拉式貫穿電磁鐵

本文選用了KK-0520B型號貫穿電磁鐵，如圖6所示，其行程為5 mm，推拉力范圍為0.2～5 N。接通電源時，將可動鐵芯插入線圈，通電推出，觸發遙控器按鍵。斷開電源后，力量消失，可動鐵芯靠彈簧自動復位，其原理示意如圖7所示。該型號貫穿電磁鐵額定電壓是DC-5 V，電流為600 mA，因此不可以直接使用NodeMCU進行驅動。本文采用的方法是：先用NodeMCU發出的信號經過圖8所示的三極管電路驅動繼電器，再由繼電器控制貫穿電磁鐵的通斷。

圖6 KK-0520B型號貫穿電磁鐵

圖7 貫穿電磁鐵觸發按鍵工作原理

圖8 三極管驅動繼電器電路

3 軟件設計

3.1 NodeMCU軟件程序

控制程序采用Arduino IDE軟件進行編寫，在Arduino IDE中安裝了blinker開發的庫文件后，開發者不需要再過多考慮網絡適配、硬件差異，即可輕松進行物聯網開發，降低了開發難度。圖9為控制系統主程序流程。初始化NodeMCU的兩個輸出端口OUT1（輸出端口2）和OUT2（輸出端口14）為低電平，兩個端口各控制1路繼電器。使用兩個回調函數分別與blinker APP端的兩個按鈕對應。具體代碼如下：

圖9 主程序流程

由于電磁鐵通電會升溫，不適合長時間通電，因此最好的方法是對其施加脈沖信號進行驅動。本文施加的是脈寬為2 s的脈沖信號，具體實現代碼如下：

3.2 blinker手機端APP界面

在手機上安裝blinker APP后，通過添加設備頁面，使用網絡接入方式注冊設備。之后可以自主編輯設備的控制頁面。本文添加了兩個開關按鍵btn-yag和btn-h1d，分別代表開天窗和關天窗，界面如圖10所示；并在編寫程序時，新建組件對象。

圖10 開關按鍵添加界面

4 試驗測試

圖11和圖12分別為改造后的遠程遙控器機械部分和控制電路實物圖。對制作好的樣機進行測試，在手機blinker APP端分別遠程發送開天窗、關天窗命令，遙控器均正確發出紅外信號，準確控制了天窗的開合。電磁鐵溫度正常，無明顯升高。

圖11 機械部分實物

圖12 試驗電路實物

5 結 語

本文基于NodeMCU設計了紅外遙控器按鍵觸動電路，并結合blinker物聯網開發平臺，將天窗紅外遙控改造為手機遠程遙控。測試結果表明，改造后的整個系統運行平穩，滿足了使用要求，控制準確可靠。

本文所提出的基于NodeMCU的紅外遙控改造為遠程遙控的方法，具有不破壞原遙控器外形和電路結構等優點，適用于將按鍵數量較少的紅外、藍牙遙控器改造為遠程遙控器。但是，當遙控器按鍵較多時，用該方法改造遙控器則可能會造成改造后的遙控設備結構臃腫。