物联网环境下的智能家居发射控制系统的设计

作者/熊长智，江西应用科技学院

物联网环境下的智能家居发射控制系统的设计

作者/熊长智，江西应用科技学院

目前，我国很多领域都应用到了网络技术、信息技术及计算机技术，提高了各大领域信息化及网络化水平。物联网是当下使用较为广泛的网络技术，已经在各种智能系统设计中得到了应用，其中最具有代表性的智能系统之一便是智能家居发射控制系统，该智能系统的设计、开发与应用，在很大程度上实现了电脑操作，提高了住房智能化水平，使人们的生活质量得到了提高。智能家居发射控制系统设计原理在于通过单片机技术实现对手动无线遥控器电路编码和解码的模拟，最终实现电脑控制，具有很强的可拓展性、发展空间和应用前景。因此，笔者基于物联网环境，探讨了智能家居发射控制系统的设计。

单片机；智能遥控；数据编码；USB转串口；无线发射

科学技术与人类社会是相符影响、相互作用、相互促进和相互制约的关系，即科学技术的进步推动人类社会发展，而人类社会进步也同样推动科学技术发展，反之则阻碍相互之间的发展，所以网络技术及信息技术等的发展推动了人类社会信息化发展，使人们实现了各种智能化操作，在生活质量上得到了提高。现代，在物联网环境下，智能手机、智能机器人等智能产品得以开发和应用，使智能家居概念在人们生活中逐渐渗入，方便了人们的生活。这里的智能家居就是指通过计算机技术、数字技术、综合布线技术及网络通讯技术等应用，实现各种家居子系统的结合，从而提高家居智能化操作的水平，如信息家电系统、安防系统等的有机结合，使平民体会到了物联网的便利性，进一步证实实联网环境下构建智能家居发射控制系统成为一种必然。

1.物联网环境概述

现如今我国家的物联网体系已经初见规模，即使与国外的物联网通信技术与产品相比，也不会有太大的差距，虽然大致的发展很好，但是在一些小的比如传感器、RFID等一些感知方面的制作技术以及高端软件与集成服务方面还是有着很大的不足。在我国经济的飞速发展下，我国的仪器仪表、嵌入式系统、软件集成与服务等方面还是有很大建树，然而新形式下的物联网相关技术与设备的发展还是处于起步阶段，因此，物联网的未来潜力还是非常广阔的[1]。

近几年，随着经济全球化、社会信息化的程度逐渐加深，已经影响到了时代的潮流的发展方向，而且智能化的设备，比如生活中最为常见的智能手机，就是移动性最强，普及率最高的，而如今便携式的智能手机也已经成为了智能家居系统的主要控制手段。

在生活水平的不断提升下，消费者的需求也在发生变变化，现如今的消费者对家居的需求已经不再满足于单纯的外观与简单，消费者的需求逐渐在向多功能性延伸。智能家电的意思主要就是讲全新的计算机技术与数字信息化技术、信息技术运用在传统的家电设备上，让传统家电能够拥有智能化的信息网络功能，这样的话，消费者就可以利用手机对家电进行远程的操控、系统升级、以及报警灯诸多功能[2]。

当前，绝大多数的家客厅对电器的控制依然是手动，而物联网下的智能家居控制系统是通过计算机来模拟遥控器编码，从而实现终端对家用电器的控制目的。整个系统主要在两点：控制终端与发射终端，这里面的控制终端指的就是计算机设备，本新型实用作品的设计主体就是其中的发射终端，它是一种类似USB接口的新型遥控信号发射器，这项技术已经成功得到了国家实用新型发明的专利。这项技术的研发不仅可以通过电脑对家用电器形成控制，而且它还能被用于工业中的大规模无线控制，在未来这项技术的应用前景是非常广的[3]。

2.物联网环境下的智能家居发射控制系统硬件设计

■2.1 系统的整体设计

整套系统共分为电脑控制系统与发射系统两大主体部分。电脑控制系统主要是负责控制终端的编码，根据输入的状态产生相匹配的指令从而实现对终端的控制。发射系统是保证电脑与系统 CPU的正常连接，然后在根据不同的指令进行编码的二次确认，随后再将编码发射出去，这一过程还需要保证终端能够顺利的接收到指令。

因此发射系统又被分为硬件与软件两部分共同协作：硬件主要是USB转串模块、单片机主控模块与信号发射模块共同组成，发射系统就是通过电脑将数据通过USB串口输入到单片机，由单片机对受到的信息进行检查是否正确，有五则重新发送，接受无误即可对数据进行相应的编码处理并传送到无线发射模块，再由模块将信息发射出去[4]。

■2.2 系统各模块电路设计

2.2.1 单片机控制模块设计

这一模块以软件编程为主，而且硬件的电路也算是相对比较简单的。单片机控制模块的硬件电路设计主要是通过USB 转串口模块的TXD 和RXD 线和单片机的RXD 和TXD线进行串联，从而达到与电脑信息的传输与交换。

2.2.2 USB 转串口模块设计

这一模块主要是负责的是控制系统与单片机系统的数据交流，电路可以利用经典的设计，转换芯片规定使用的是PL2303HX。在设计这一模块时，需要让产品的体积尽可能缩小，因此，设计时需要在保证性能的前期下，尽可能降低对元器件的利用[5]。

2.2.3 信号发射模块设计

这一模块功能是把单片机传输过来的编码按照顺序重新发射出去。这一模块是由声表谐振器、高频三极管组成的三点式振荡电路。电路图如图1所示。

图1 无线发射模块电路图

3.物联网环境下的智能家居发射控制系统软件设计

软件设计有两部分组成：第一，计算机控制界面的设计，为了保证直观，因此多使用虚拟仪器中的LabVIEW软件；第二部分是单片机控制模块的程序设计，主要利用底层的汇编语言完成[6]。

■3.1 编码规则的确定

传统手动的无线遥控器主要利用的是PT2262芯片，而PT2262/PT2272的编码规则，对实际波形测量时，编码的规则为：同步码+八位地址码+四位数据码。在理论中，每个码都有三种状态，它们分别是低电平、高电平、高阻三种状态，且都有各自相匹配的波形图。

■3.2 发射编码设计

通常在PT2262/PT2272 的协议中，编码一般是由三部分构成：分别是同步码、地址码以及数据码。虽然理论上的地址码与数据码都有三种状态，但是在手动遥控器中，地址码会在焊接电路时就已经固定，统一保持在高阻状态。

因为单片机的产生是因为模拟的芯片编码，所以可以不用受硬件电路的限制，若是采用1 和0 来显示高低电平两种状态来完成编码，可以控制的终端能达到212个，但若是选择10、00、01 来表示，控制的数量讲可以达到312个，通常普通的工作只需要1 和0 就能够满足设计需求[6–7]。

一般情况下，在使用单片机进行模拟脉冲编码时，都是通过USB转串口来完成数据的传输，然后在通过相应的算法来肯定8 位地址码和4 位数据码应该拥有的状态特性，只有这样才能更好的调用不同的基准延时来模拟不同状态编码，从而实现的真正的模拟型12 位的波形编码，这种方法在最后还需要添加上模拟过程中的同步吗，通常为了简单，同步码都是单独的编写的程序，在使用时就可以直接快速的插入就能达成目的。这样就算是让单片机的软件编程完成模拟了PT2262 芯片的编码过程[7]。

当系统最终制作完成时，就会显示出下图所示的电路，图上显示的为电路PCB制版的正反两面。在PCB 排版的过程中，要考虑的因素很多，而其中最需要重视就是其中的高频发射模块排版布局，这点做好的话可以有效地提升发射效率，比如下面的图2，所显示的正是经过多项修改与测量后的电路板图。

4.实验结果

图2 系统正、反面PCB图

这一系统的设计出发点主要是为了用计算机来取代手动的遥控器，从而对家用电器进行智能化的控制，当整个系统的硬件部分完成时，就可以利用LabVIEW 语言设计一个可以安装在所有电脑上的控制软件。通常来讲，软件的有效控制端口做最好保证在212个，也就是通常的4096个，哲哲技术能远远超出传统的手动遥控器控制量，也能很好的满足当下多种复杂场合的使用需求。

5.结论

总之，当下已经迎来了网络时代，很多网络技术在各大领域中得到了应用，家居领域也不另外，在各种网络技术的应用下，逐渐实现了智能化操作，使人们在家居应用中更加安全、方便和快捷。智能家居发射控制系统是现代最具有影响力的智能家居系统，已经在人们生活中得到了应用，具有很大的发展空间及应用前景，所以在物联网环境下实现智能家居发射控制系统设计与应用是必要的。对此，上文先简单概述了当下的物联网环境，然后从硬件系统和软件系统两大方面分析物联网环境下的智能家居发射控制系统设计，设计中应用到了电脑设备、传统的U盘、控制软件、无线媒介等软硬件。

＊ [1]陈万培,高为民,丁小梅,王晓天.物联网环境下的智能家居发射控制系统的设计[J].电子制作,2013,(08):150-151.

＊ [2]陈志桢,董建怀.家居新风系统控制器的设计与实现[J].厦门理工学院学报,2016,24(03):28-33.

＊ [3]龙滔滔,吉承平,李志远.智能家居无线传输系统设计[J].电子设计工程,2016,24(17):122-124.

＊ [4]许朋,梁雨,张春亚,卞小亮,张认.基于物联网的远程红外控制器[J].电子技术与软件工程,2016,(19):145.

＊ [5]张为方,张伦宁,尹子悦,席素,马凯.物联网技术在智能家居控制系统中的应用[J].物联网技术,2015,5(08):52-53+56.

＊ [6]刘燕,黄杰贤.基于无线语音控制的智能家居系统设计[J].电脑与电信,2015,(07):68-70.

＊ [7]王倩,邹浙湘,刘谋君.基于RF的智能家居无线通信网络架构设计[J].现代电子技术,2017,40(16):29-31.

江西省教育厅科技项目，异构网络智能家居控制系统及其模块化接口研究（GJJ151311）。