引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，家用電器多種多樣。紅外遙控的簡單和穩(wěn)定性能使實物遙控器使用得到普及。通過瀏覽家居智能控制的發(fā)展動態(tài)，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)遙控器仍存在以下三個方面的問題：首先，遙控器在使用中需定期更換電池，多種遙控器易混淆、易損壞和易丟失；其次，遙控器的有效范圍僅限于一間房屋內(nèi)，控制距離短，從而降低了管理的靈活性；此外,當(dāng)前雖然針對智能遙控器的設(shè)計很多，但是，客戶端單一，并且更新維護(hù)工作繁冗。

網(wǎng)絡(luò)遙控器可解決傳統(tǒng)遙控器存在的問題，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制家用電器的功能。云服務(wù)器的大存儲、快速數(shù)據(jù)處理和彈性擴(kuò)展的能力，使系統(tǒng)更加容易推廣普及。通過對智能終端、云服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和嵌入式等理論知識的整合，驗證了系統(tǒng)的合理性和可操作性并利用相關(guān)的開發(fā)工具進(jìn)行系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計和調(diào)試工作。目前完成了硬件模塊的設(shè)計和調(diào)試，本文著重講述系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和相關(guān)模塊的關(guān)鍵技術(shù)。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要由智能終端、云服務(wù)器和遙控器三部分組成,，其中，智能終端如手機(jī)、平板和PC機(jī)，可根據(jù)不同的系統(tǒng)利用面向?qū)ο蟮乃枷刖帉懴鄳?yīng)的APR軟件端通過Socket編程實現(xiàn)與云服務(wù)器的通信傳輸。云服務(wù)器用于存儲所有家電紅外控制協(xié)議并將來自APP按鍵數(shù)據(jù)包與之匹配，并將信息包通過網(wǎng)絡(luò)路由送至遙控器。云服務(wù)器模擬了數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)處理的功能，擁有更新快、成本低和性能穩(wěn)定等優(yōu)點。網(wǎng)絡(luò)遙控器將接收到的網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析并送紅外發(fā)射模塊完成網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程遙控的功能，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)擁有無障礙、遠(yuǎn)距離遙控等智能化功能。譬如，在夏季人們再不會被剛進(jìn)家門的悶熱空氣所困擾，只需提前操作智能終端的軟件就能調(diào)節(jié)好空調(diào)到家即可享受舒適的環(huán)境。遙控器硬件利用Proteus進(jìn)行電路設(shè)計結(jié)合ADS開發(fā)工具完成遙控器硬件仿真工作。

2客戶端軟件設(shè)計

目前，應(yīng)用最廣的智能設(shè)備基于Android或IOS系統(tǒng)。使用Java或Object-c語言并結(jié)合Eclipse或GNUstep開發(fā)工具進(jìn)行軟件編程和調(diào)試。全模擬物理遙控器界面和按鍵的布局，按鍵編碼位應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)備進(jìn)行編碼，鍵碼位數(shù)根據(jù)不同的紅外協(xié)議設(shè)定。每個按鍵都與相應(yīng)的紅外代碼相匹配,當(dāng)軟件界面的某個按鍵按下時系統(tǒng)通過Socket網(wǎng)絡(luò)編程將鍵碼位數(shù)據(jù)包傳遞到云服務(wù)器。

3云服務(wù)器的部署

系統(tǒng)中的云服務(wù)器主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)包存儲、命令的解析和更新不同的紅外協(xié)議的功能。云服務(wù)器是一種處理能力可彈性伸縮的計算服務(wù)，其管理方式簡單有效，可構(gòu)建更安全、更可靠的服務(wù)。系統(tǒng)中部署云服務(wù)器減少了家電更新帶來復(fù)雜流程，降低了系統(tǒng)維護(hù)成本，消除了客戶數(shù)量限制和遙控中的安全風(fēng)險。云服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)通信接收按鍵數(shù)據(jù)包并將收到的信息與庫中的自定義數(shù)據(jù)包進(jìn)行匹配，最后通過通信接口送至網(wǎng)絡(luò)遙控器端。由于不同家電紅外協(xié)議各不相同并且互不兼容，若直接發(fā)射紅外協(xié)議數(shù)據(jù)包會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)紅外協(xié)議處理十分的復(fù)雜?？梢宰远x編碼規(guī)則與紅外協(xié)議庫相對應(yīng),為實現(xiàn)按鍵數(shù)據(jù)包與協(xié)議數(shù)據(jù)包的映射關(guān)系，可以自定義協(xié)議數(shù)據(jù)包的格式：包括4位的文件標(biāo)志位、按鍵標(biāo)志位(如設(shè)備信息位、訪問中文字和ASCII庫位)、載波頻率和分辨率位,以適用各種紅外協(xié)議。

4網(wǎng)絡(luò)遙控器的硬件設(shè)計

4.1ARM微型系統(tǒng)

該網(wǎng)絡(luò)遙控器采用32位的ARM作為中控芯片，系統(tǒng)采用ARM芯片不僅具有廉價和功耗低的優(yōu)點，而且能夠兼容家用所有碼長的紅外信號，其ARM微型系統(tǒng)的模塊圖見圖2所示。CPU主要實現(xiàn)定時器功能、中斷控制、串口數(shù)據(jù)讀寫功能、轉(zhuǎn)紅外電平功能。定時器用于產(chǎn)生一定頻率的載波信號與紅外信號疊加從而增加紅外信號在傳輸中的抗干擾能力。接收或發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后產(chǎn)生一定的中斷以便進(jìn)行后續(xù)的處理。硬件部分主要包括通過雙絞線或Wi-Fi接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口模塊，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)紅外信號模塊和紅外發(fā)射模塊。其中，網(wǎng)絡(luò)接收模塊實現(xiàn)與以太網(wǎng)的互聯(lián)并完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的接收；轉(zhuǎn)紅外模塊根據(jù)收到的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包匹配相應(yīng)紅夕卜協(xié)議處理函數(shù)產(chǎn)生對應(yīng)的紅外信號。

4.2紅外處理模塊設(shè)計

紅外遙控器因便捷、價格低廉和功能齊全等優(yōu)勢而廣泛用于電視機(jī)、空調(diào)、燈飾和智能插座等家用電器，遙控器的發(fā)射的信號由一串0和1的二進(jìn)制代碼組成，不同的芯片對0和1編碼的方式不同，常見的有曼徹斯特編碼和脈沖寬度編碼，紅外遙控器使用的PWM(脈沖寬度編碼)，二進(jìn)制0碼由0.56ms寬的低電平和0.56ms寬的高電平組合而成，脈沖寬度為1.12ms。二進(jìn)制1碼由0.56ms的低電平和1.69ms的高電平組合而成，脈沖寬度為2.25ms。解碼端通過脈沖寬度辨別出0或1碼。

遙控器發(fā)射的每幀數(shù)據(jù)共包括五部分如圖3所示。分別為引導(dǎo)碼、地址碼、地址反碼、數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)反碼。引導(dǎo)碼標(biāo)示了一幀數(shù)據(jù)的開始，一般使用4.5ms寬的低電平和4.5ms寬的高電平表示。地址碼是為了區(qū)分不同的設(shè)備，防止不同電器的控制信號出現(xiàn)干擾的問題，同一遙控器上的所有鍵值的地址碼應(yīng)是相同的。地址反碼是為防止信號異常而設(shè)置的校驗碼。數(shù)據(jù)碼共8位，有256種可能的狀態(tài)分別代表同一遙控器上不同的按鍵，同理數(shù)據(jù)反碼也是為檢驗數(shù)據(jù)正確性而設(shè)置的。

網(wǎng)絡(luò)遙控器采用ARM的32位芯片，能兼容任何碼長的紅外信號，工作時首先將接收的網(wǎng)絡(luò)信號轉(zhuǎn)換為紅外信號后,利用載波信號(頻率為35~42kHz)通過紅外發(fā)射模塊送至電器設(shè)備，實現(xiàn)了智能終端遠(yuǎn)程遙控家用電器的功能。紅外發(fā)射模塊電路如圖4所示，紅外發(fā)射模塊物理結(jié)構(gòu)采用球形布局避免了信號死角區(qū)的出現(xiàn)，增強(qiáng)了信號的可靠性。

通過對系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計和各個模塊關(guān)鍵技術(shù)的突破，已經(jīng)完成了遙控器的硬件的調(diào)試工作，后續(xù)主要工作是客戶端軟件的具體編寫。為能夠做出實際產(chǎn)品予以推廣使用，系統(tǒng)還有許多細(xì)節(jié)需要突破和努力，但整體的原理和結(jié)構(gòu)不會發(fā)生變化，存在不妥的地方愿讀者批評指正。希望在共同的學(xué)習(xí)和交流中盡快完成網(wǎng)絡(luò)遙控器所有設(shè)計工作并達(dá)到低成本和易維護(hù)的目的。同時，感謝老師和同學(xué)們在系統(tǒng)設(shè)計過程中的提供的指導(dǎo)和建議。

20211124_619d12b20a20f__基于智能終端的網(wǎng)絡(luò)遙控器設(shè)計