智能家電控制系統開(kāi)發(fā)設計方案的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)

計算機網(wǎng)絡(luò )、通信和控制技術(shù)的發(fā)展使家電的集中和遠程智能控制成為可能，將信息技術(shù)和家電技術(shù)相融合，在更大程度上實(shí)現家庭生活的信息化和智能化，滿(mǎn)足人們舒適、高節奏的生活需要。使所有的消費電子類(lèi)產(chǎn)品具備連入網(wǎng)絡(luò )的能力，這也是家用電器未來(lái)的發(fā)展趨勢。

目前對智能家電領(lǐng)域研究有電話(huà)/手機網(wǎng)絡(luò )的遠程控制，基于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )的智能家電軟件設計等。但一般家電智能控制存在成本高、可靠性差，系統設計冗余等缺點(diǎn)。本文針對以上問(wèn)題，提出了基于網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、CAN總線(xiàn)技術(shù)，如和ZigBee無(wú)線(xiàn)技術(shù)c43的控制系統設計，著(zhù)重解決了ZigBee無(wú)線(xiàn)和網(wǎng)絡(luò )傳輸數據的，設計了一種簡(jiǎn)單、低成本硬件設計方案，并在實(shí)驗室搭建了試驗平臺，驗證了控制效果。相關(guān)文章：《小區監控系統設計方案教你怎么選擇前后端》
 

 

1、遠程智能家電控制系統的基本組成

在達到性能指標要求的情況下，為了盡可能地降低成本，整個(gè)系統盡可能使用常用家電設備，以使系統簡(jiǎn)單、易操作和低成本?？刂葡到y分為：

a．遠程控制端。包括個(gè)人手機和個(gè)人電腦的遠程控制。

b．集中控制端。包括家用電腦和RS232一CAN轉接口。

c．家電控制端。包括ZigBee無(wú)線(xiàn)控制和CAN總線(xiàn)的有線(xiàn)控制。用戶(hù)可使用遠程控制端發(fā)送控制指令，控制指令通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )到集中控制端的家用電腦，再由家用電腦把指令發(fā)送到所需控制的家電終端，例如冰箱、空調和電飯煲等。同時(shí)家用電腦作為集中控制的主機，實(shí)時(shí)給遠程控制終端返回家電的運行狀態(tài)，供用戶(hù)遠程控制查詢(xún)。

2、遠程智能家電控制系統的設計實(shí)現

系統設計實(shí)現主要包括：遠程控制端、遠程控制的網(wǎng)絡(luò )編程實(shí)現、集中控制端的控制軟件實(shí)現和家電控制端的控制電路實(shí)現。本文以家用電器常用的電飯煲為例，介紹系統的實(shí)現方法。用戶(hù)的控制界面顯示電飯煲相關(guān)控制信息，例如開(kāi)機、關(guān)機、保溫和調溫等控制功能。首先，用戶(hù)依據遠程控制界查詢(xún)到的電飯煲當前工作狀態(tài)，例如關(guān)機，以確定所需要的操作，如開(kāi)機。此時(shí)遠程控制端的PC機通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)路由器發(fā)送電飯煲的開(kāi)機指令，在集中控制端的控制軟件監聽(tīng)到網(wǎng)絡(luò )發(fā)來(lái)的開(kāi)機指令，然后把指令發(fā)送到電飯煲的控制電路，最后由控制電路實(shí)現控制操作。同樣，電飯煲的反饋溫度等運行狀態(tài)信息也可通過(guò)遠程控制端實(shí)時(shí)查詢(xún)。
 

 

3、遠程智能家電控制系統的硬件設計

遠程智能家電控制的硬件系統主要是家電的控制電路。它由供電模塊、控制模塊、通信模塊、傳感器和開(kāi)關(guān)電路組成。其中供電模塊采用北京明鑫公司的MXA（S）2．5S5NI，控制模塊采用At—megal6AL單片機，CAN通信模塊采用MCP2515為CAN控制器，高速光偶6N137作為隔離電路，PCA82C250T作為CAN接口控制器，采用MAX232作為RS232串口的通信芯片。

家電控制電路設計盡可能地簡(jiǎn)單、可靠、低成本并具有可擴展性?？刂齐娐房傆嬘?個(gè)集成塊組成，結構簡(jiǎn)單，功能成熟可靠，易維護。整個(gè)電路成本低，單個(gè)控制電路零售成本=集成塊價(jià)格+電阻電容價(jià)格十制版費，小于25元。At-megal6集成4組I/O口，還有16路預留，可實(shí)現功能擴展。

3．1、家電控制電路的供電模塊

由于家用電源為220 V交流，系統供電模塊要求把220 V家用交流電轉換為5 V直流供電電源，本文采用AC—DC電源模塊MXA（S）2．5S5N具有低輸出噪聲，165～265VAC寬輸入電壓范圍，輸入對輸出電壓隔離等特性，以上特性達到系統供電要求。

3．2、家電控制電路的控制模塊

考慮到控制功能的實(shí)現和系統成本，采用At—megal6單片機作為控制微處理中心。Atmega接收到遠程控制端的控制指令信息，通過(guò)其數字I/O口輸出電平高低變化，控制開(kāi)關(guān)電路的繼電器的功能切換，實(shí)現遠程開(kāi)機、關(guān)機和調溫等狀態(tài)的切換控制。Atmegal6單片機亦能夠實(shí)時(shí)地把電飯煲溫度數據實(shí)時(shí)采集并判斷電飯煲運行狀態(tài)是否正常，若溫度異常，向遠程控制端發(fā)送報警信息，確保電飯煲能夠平穩、安全地達到需要加熱溫度。

3．3、家電控制電路的通信模塊

ZigBee模塊具有低成本，低功耗特點(diǎn)?？偩€(xiàn)是一種有效的支持分布式控制的串行通信網(wǎng)絡(luò )，它具有多主站依據優(yōu)先權進(jìn)行總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)、無(wú)破壞性的基于優(yōu)先權的仲裁和節點(diǎn)配置靈活的特點(diǎn)。設計實(shí)現框圖如圖2所示。
 

 

 

4、遠程智能家電控制系統的軟件設計

系統軟件如何對家電實(shí)時(shí)、準確遠程控制與通信是本文關(guān)鍵技術(shù)之一，本文基于TCP/IP協(xié)議，軟件采用Winsock開(kāi)發(fā)C/S程序。即遠程控制端向集中控制端服務(wù)器提出請求，服務(wù)器接收到遠程請求后，提供相應的控制服務(wù)。

4．1、系統軟件設計與實(shí)現

遠程控制端開(kāi)發(fā)了客戶(hù)服務(wù)程序，它可以顯示電飯煲的控制信息和運行狀態(tài)，并以預定的頻率刷新信息。在集中控制端開(kāi)發(fā)了服務(wù)程序，當有控制請求時(shí)，必須讓服務(wù)器程序自動(dòng)觸發(fā)，此服務(wù)器定時(shí)向客戶(hù)發(fā)送進(jìn)程更新。例如，要監控電飯煲5個(gè)狀態(tài)，就需要5個(gè)遠程服務(wù)進(jìn)程。這些進(jìn)程周期地發(fā)送進(jìn)程更新。如圖3所示，軟件采用流式套接字（SOCK—STREAM）編程，實(shí)現了面向連接、可靠的數據傳輸服務(wù)，數據無(wú)差錯，無(wú)重復的發(fā)送，且按順序接收。保證了控制信號的實(shí)時(shí)性和準確性。

家電反饋信息主要包括家電運行狀態(tài)和數據錯誤的報警。電飯煲的加熱溫度可用溫度傳感器實(shí)時(shí)測量返回，返回的溫度數據可在遠程控制端上進(jìn)行查詢(xún)，為用戶(hù)下一步操作提供參考。

4．2、遠程控制端用戶(hù)界面設計與實(shí)現

遠程控制端用戶(hù)界面包括控制信息記錄，控制家電目錄，服務(wù)器IP地址127．0．0．1，服務(wù)6000，連接服務(wù)器。信息記錄界面顯示家電控制令發(fā)送、家電運行狀態(tài)和報警信息等，控制家電目錄可對控制對象。界面采用MFC AppWizar個(gè)基于MFC的單文檔界面（SDI）實(shí)現。

以電飯煲為例，給出了一種基于Internet程家電控制系統，闡述了系統設計方案，詳細介紹了遠程家電控制過(guò)程、系統硬件實(shí)用性和遠程控制的實(shí)現方法。遠程控制發(fā)送開(kāi)機命令后，由遠程控制端記錄的電飯煲加熱溫度數據曲線(xiàn)。試驗結果表明：該系統能夠很好地對電飯煲實(shí)現遠程控制，電飯煲的運行狀態(tài)也能實(shí)時(shí)地遠程查詢(xún)，系統易于操作、性能穩定。