引言

隨著經濟社會的發(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，控制距離短，從而降低了管理的靈活性；此外,當前雖然針對智能遙控器的設計很多，但是，客戶端單一，并且更新維護工作繁冗。

網絡遙控器可解決傳統(tǒng)遙控器存在的問題，實現遠程控制家用電器的功能。云服務器的大存儲、快速數據處理和彈性擴展的能力，使系統(tǒng)更加容易推廣普及。通過對智能終端、云服務器、網絡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的開發(fā)工具進行系統(tǒng)的詳細設計和調試工作。目前完成了硬件模塊的設計和調試，本文著重講述系統(tǒng)整體結構和相關模塊的關鍵技術。

1系統(tǒng)結構

本系統(tǒng)主要由智能終端、云服務器和遙控器三部分組成,，其中，智能終端如手機、平板和PC機，可根據不同的系統(tǒng)利用面向對象的思想編寫相應的APR軟件端通過Socket編程實現與云服務器的通信傳輸。云服務器用于存儲所有家電紅外控制協議并將來自APP按鍵數據包與之匹配，并將信息包通過網絡路由送至遙控器。云服務器模擬了數據庫和數據處理的功能，擁有更新快、成本低和性能穩(wěn)定等優(yōu)點。網絡遙控器將接收到的網絡的數據包進行解析并送紅外發(fā)射模塊完成網絡遠程遙控的功能，其系統(tǒng)結構如圖1所示。

系統(tǒng)擁有無障礙、遠距離遙控等智能化功能。譬如，在夏季人們再不會被剛進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節(jié)好空調到家即可享受舒適的環(huán)境。遙控器硬件利用Proteus進行電路設計結合ADS開發(fā)工具完成遙控器硬件仿真工作。

2客戶端軟件設計

目前，應用最廣的智能設備基于Android或IOS系統(tǒng)。使用Java或Object-c語言并結合Eclipse或GNUstep開發(fā)工具進行軟件編程和調試。全模擬物理遙控器界面和按鍵的布局，按鍵編碼位應根據不同的設備進行編碼，鍵碼位數根據不同的紅外協議設定。每個按鍵都與相應的紅外代碼相匹配,當軟件界面的某個按鍵按下時系統(tǒng)通過Socket網絡編程將鍵碼位數據包傳遞到云服務器。

3云服務器的部署

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

4網絡遙控器的硬件設計

4.1ARM微型系統(tǒng)

該網絡遙控器采用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主要實現定時器功能、中斷控制、串口數據讀寫功能、轉紅外電平功能。定時器用于產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)送完一幀數據后產生一定的中斷以便進行后續(xù)的處理。硬件部分主要包括通過雙絞線或Wi-Fi接收網絡數據接口模塊，網絡數據轉紅外信號模塊和紅外發(fā)射模塊。其中，網絡接收模塊實現與以太網的互聯并完成網絡數據的接收；轉紅外模塊根據收到的網絡數據包匹配相應紅夕卜協議處理函數產生對應的紅外信號。

4.2紅外處理模塊設計

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、空調、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)射的每幀數據共包括五部分如圖3所示。分別為引導碼、地址碼、地址反碼、數據碼和數據反碼。引導碼標示了一幀數據的開始，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)分不同的設備，防止不同電器的控制信號出現干擾的問題，同一遙控器上的所有鍵值的地址碼應是相同的。地址反碼是為防止信號異常而設置的校驗碼。數據碼共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，同理數據反碼也是為檢驗數據正確性而設置的。

網絡遙控器采用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絡信號轉換為紅外信號后,利用載波信號(頻率為35~42kHz)通過紅外發(fā)射模塊送至電器設備，實現了智能終端遠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)射模塊物理結構采用球形布局避免了信號死角區(qū)的出現，增強了信號的可靠性。

通過對系統(tǒng)總體結構的設計和各個模塊關鍵技術的突破，已經完成了遙控器的硬件的調試工作，后續(xù)主要工作是客戶端軟件的具體編寫。為能夠做出實際產品予以推廣使用，系統(tǒng)還有許多細節(jié)需要突破和努力，但整體的原理和結構不會發(fā)生變化，存在不妥的地方愿讀者批評指正。希望在共同的學習和交流中盡快完成網絡遙控器所有設計工作并達到低成本和易維護的目的。同時，感謝老師和同學們在系統(tǒng)設計過程中的提供的指導和建議。

20211124_619d12b20a20f__基于智能終端的網絡遙控器設計