无线智能家居控制系统

林子昊

摘要：针对现代家居中家用电器种类繁多、操作繁琐且难以科学管理的问题，本文结合无线通信技术、计算机控制技术，研制一个无线智能家居控制系统。该系统利用PC的强大功能和红外线、无线通信技术，实现对家用电器的无线智能控制，具有灵活性高、扩展性强、成本低的特点。

关键词：无线局域网；组网设计方案；分析1引言

智能家居是以住宅为平台，将家电、安防系统、照明设备及娱乐设施等通过计算机网络实现远程或现场控制等智能化的现代家居环境。本文结合红外线、无线电通信技术及计算机控制技术，研发一个无线智能家居控制系统，该系统实现对家用电器统一、协调控制。

2系统结构设计

如图1，是设计的无线智能家居控制系统结构框图。根据系统特点，将系统分为应用层、控制层。其中，应用层包括专用遥控器、现场客户端、网络客户端，控制层包括现场控制PC、红外线接收器、红外线发送器、红外线接收及无线电发射器、无线电接收及红外线发射器和各类家用电器设备。

无线智能家居控制系统配备一个PC专用遥控器，该遥控器通过红外线接收器短距离或红外线接收及无线电发射器、无线电接收及红外线发射器远距离控制现场控制PC的软件层和外部设备，该遥控器与现场控制PC构成一个学习型遥控器；现场客户端、网络客户端分别通过内部网络、互联网控制现场控制PC的软件层和外部设备。现场控制PC再通过红外线发送器实时控制各类家用电器设备。

3系统关键技术及实现

无线智能家居控制系统设计的关键是学习型遥控器、红外线通信技术和无线电收发模块的实现。

3.1 学习型遥控器

针对一般学习型遥控器通用性、存储容量、学习能力受限等不足，本文利用普通遥控器和PC构建新型学习型遥控器。该学习型遥控器工作原理是：由于遥控器每一位信号维持时间为0.5ms-5ms，当遥控信号低电平到达红外线接收器时其单片机以100μs周期采样；当高电平到达时存储采样次数，并以同样周期采样高电平信号；当低电平到达时存储采样次数，再次采样低电平信号；如此循环采样直至信号接收完毕(电平维持10ms无变化)。之后以32位为单位处理、解码数据，数据包长度在200字节左右。单片机将采样、处理后的整个数据包传送至PC。PC接收到数据包后进行分析、识别、存储，再通过串口发送控制信号给红外线發送器，其单片机接收数据包后进行数据处理，最后经红外发射电路发射出去。

该方案实现简单，利用PC大容量存储、友好直观操作界面、数据库管理，减少单片机开销，同时使时序控制更简单、准确。

3.2 红外线通信技术

为提高红外信号的抗干扰能力和减小数据传输的误码率，红外线发射器对红外遥控编码信号进行调制后再发送出去。经理论计算和实验验证，当调制的方波脉冲信号为38KHz时，红外信号传输效果最好。（图2）是本系统采用的红外线发射电路，其中红外遥控编码信号利用51系列单片机进行串行编码输出。红外编码信号和38KHz脉冲信号经与门输出得到调制信号，再将调制信号放大，驱动红外发光二极管LTD001C，便发射出遥控信号。

3.3 无线电收发模块

大部分家用电器通过红外接口进行控制，但红外线通信距离较近且无法穿越障碍物，故本系统内部控制网络采用红外线、无线电混合联网方式，克服红外线通信受限、无线电与家用电器接口不兼容等不足。

图3是红外线接收及无线电发射器模块设计结构图，该模块采用USB接口作为红外遥控信号的输入端；单片机(MCU)协调各部分电路工作，采样红外线信号后，不对该信号进行解码，而直接根据该信号控制无线电发射器发送信号，节省了单片机开销。

图4是无线电接收及红外线发射器模块设计结构图，利用单片机进行地址译码和信息处理，可设置带红外线接口的设备，也可通过微型继电器控制其他设备的电源。此模块与无线电发射及红外线接收器配套使用，为满足控制要求，可选用多组此类模块。

图5是无线电数据DF发射电路图，其工作频率为315M，采用频率稳定度极高的声表谐振器SAW稳频。DF发射电路中数据调制三极管Q1方便与固定编码电路、单片机无缝连接，不必考虑编码电路的工作电压和输出信号幅度值。该DF发射电路具有较宽的工作电压范围3-12V，当电压变化时发射频率基本不变，保证无线电数据接收电路无需任何调整便能稳定接收。

4系统测试

为验证本文无线智能家居控制系统的可行性，设计并实现图8所示的测试系统，图9红外接收无线发射模块实物图。

表1、表2是该系统的测试结果，结果表明对系统中各种家电的控制，在100m之内均准确，但在100m之外准确度较差，部分信号的发出与接收出现故障，主控器无法接收到信号，导致无法做出判断及控制整个系统。

5结论

(1)利用普通遥控器和PC构建新型学习型遥控器，该新型遥控器通用性强、存储容量、学习能力强、管理方便；

(2)该无线智能家居控制系统在100m内可对各种叫家用电器进行准确控制；

(3)该无线智能家居控制系统利用功能强大的PC和红外线、无线电通信技术，实现对家用电器的无线智能控制，具有灵活性高、扩展性强、成本低的特点。