多方式手机远程控制电器示教板

梅良明

设计背景与目的

当前网络连接控制可以分为有线和无线2大类。随着互联网技术的发展，智能控制技术也在发生翻天覆地的变化。如WiFi与ZigBee等技术，由于具有网络结构简单、成本低廉等明显优势，再配合以云网络的快捷与大数据存储传输，因而在照明、家电、安防等领域掀起了一场无线智能控制的革命。

最基本实用的智能控制包括：家电控制、灯光控制、电动窗帘控制、防盗报警、门禁对讲、环境监测等。其中个性化智能控制方式有：本地控制、遥控控制、手机远程控制、感应控制、网络控制、定时控制等。智能手机的普及，使得设备通过WiFi联网控制或通过GPRS信号远程控制逐渐成为一个趋势，让手机成为一个简单易用的万能控制器。为了扩大学生知识面，让他们对新型智能控制技术在原理、方式、路径上有更多的了解，激发学习的兴趣，我结合高中通用技术课中有关控制论、系统论的知识，设计了多方式手机远程控制电器示教板。

手机远程控制原理

WiFi智能控制

手机通过WiFi进行远程控制的原理见图1。

在有互联网接入的地方，手机发出的控制信号可经由GPRS基站、光纤到达服务器；再经信号转换，通过有线互联网到达用户路由器，发出WiFi信号经由智能插座（或智能控制器）最终控制电器开关。这种方式可以进行远程控制，并且系统能够反馈控制状态。

在没有互联网接入的地方，手机由APP端发出WiFi信号经由智能插座直接控制电器。这种直连控制方式，可不经过互联网，但受WiFi信号作用范围限制，所以只能进行近距离控制。

WiFi智能控制安装使用实例

使用WiFi智能插座，先配置本地联网使用的无线路由器、SSID和访问密码。选择输入家中的SSID和密码，配置成功即可。

加入WiFi网络后，WiFi智能插座如同1台联网的电脑，能够与相应的后台服务器交换信息。

手机APP端在户外时，使用2G/3G互联网连接到后台，实现与WiFi智能插座的双向交互，从而实现了远程控制与状态反馈。

在同一WiFi下，WiFi模块与手机之间，如同一局域网的2台电脑，不需要跨互联网，也能够实现WiFi智能插座的控制与状态反馈。

手机短信GSM控制方式

短信GSM控制原理见图2。

手机信号发送GPRS信号到最近基站，高频信号转为低频信号后，经由有线电话网到接电手机附近基站，再转成高频信号，通过GSM远程控制插座开关控制电器。插座装有手机SIM卡，相当于一部手机，可以接受短信或电话指令，通过信号转换进而控制继电器的闭合，实现远程开关电器，并能查询控制状态。

GSM控制安装使用实例

插入手机卡到主机，接入电源（220V），初始化、进入GSM网络、设置密码、主人号码。控制方式：短信/电话/按键。如输入“SN+6位密码+3个插孔代码”（N表示开启；F表示关闭）

即可通过手机短信远程控制、设置。

GSM控制器用短信、电话直接驱动多路继电器，控制多路开关，具有遥控结果和短信反馈功能。处于短信查询电器工作状态时，工作状态的改变可自动通过短信发送到指定手机。GSM远程控制不受距离的限制，对于没有固定电话、宽带网络的地方，尤为适用。例如控制家中空调、电饭锅的开启或停止；与电磁铁相结合，可远程控制门窗的开闭；与电磁阀相结合，控制各类阀门；控制无人值守基站、设备等。

从原理上区分，这2种方式各有特点。WiFi是将电脑、手持设备（pad、手机）等终端，以高频无线信号的方式互相连接的技术。WiFi传输的速度可达11～300Mbps，不需要消耗手机流量费，但传送范围较小，只有几米到几十米且只能应用在有互联网接入的场合。短信GSM控制的控制范围大，可达到几百米至几千米，手机基站覆盖范围广，但传输速度比较慢，而且需要为控制支付短信费用。

图3所示为示教板工作原理放大图，图4为示教板实物照片。在图3中左上边红色虚线部分构成外接网络系统；黑色虚线部分构成局域网络系统，右边绿色实线部分构成远程控制系统。

示教板使用效果

示教板阐明了手机远程控制的2种方案，能帮助学生对它的科学原理、控制方式、流程结构获得深刻形象的认识，让学生理解现代科学技术——智能远程控制在现实生活当中广泛的应用前景，使理论知识与实际应用能够密切结合，能极大地提高学生的学习兴趣，增强学习效果。

本示教板结合了高中《通用技术与设计1》的相关内容，对学生设计工程、方案构思、模型制作具有啟发作用。本示教板也是《通用技术与设计2》中的结构与设计、流程与设计、系统与设计、控制与设计等内容的一个很好的案例，能极大地改善学生在理论学习中的形象认识。

本示教板设计思路新颖、原理科学、制作简洁、操作方便，对于学生形象直观地学习、掌握比较困难的知识点，具有极大的帮助作用，在教学应用中受到师生的好评。

创新点

把手机远程智能控制的几种方式集中在一个示教板上便于对比分析。

详细阐明流程方框图，使学生理解控制方式、控制过程，并注重每一个细节。

图形与实物结合，在教学中生动形象，便于观看理解。

集中教学应用，多人观看，便于教师分析讲解。

弥补了实验室没有此类教具的遗憾，教学效果显著。

应用范围

高中物理实验室、通用技术实验室、科学实验室的日常教学，以及一些科研教学、科普教育活动的展示应用。图5是结合示教板搭建的部分实验实例。

该项目获得第30届全国青少年科技创新大赛科技辅导员创新成果科教制作类一等奖。

专家评语

该方案原理科学，概念清晰，构思巧妙，设计合理，教育性强，选题新颖，具有实质性创新，对传统方法有突破。作品效果显著，制作规范，具有示范推广作用。希望该项目进一步增加其他方式的远程控制技术，并优化教学设计。endprint