远程智能家电控制系统设计与实现

    引言

    计算机网络、通信和控制技术的发展使家电的集中和远程智能控制成为可能，将信息技术和家电技术相融合，在更大程度上实现家庭生活的信息化和智能化，满足人们舒适、高节奏的生活需要。使所有的消费电子类产品具备连入网络的能力，这也是家用电器未来的发展趋势。

    目前对智能家电领域研究有电话/手机网络的远程控制，基于互联网络的智能家电软件设计等。但一般家电智能控制存在成本高、可靠性差，系统设计冗余等缺点。本文针对以上问题，提出了基于网络技术、CAN总线技术，如和ZigBee无线技术c43的控制系统设计，着重解决了ZigBee无线和网络传输数据的，设计了一种简单、低成本硬件设计方案，并在实验室搭建了试验平台，验证了控制效果。

    1 远程智能家电控制系统的基本组成

    在达到性能指标要求的情况下，为了尽可能地降低成本，整个系统尽可能使用常用家电设备，以使系统简单、易操作和低成本。控制系统分为：

    a．远程控制端。包括个人手机和个人电脑的远程控制。

    b．集中控制端。包括家用电脑和RS232一CAN转接口。

    c．家电控制端。包括ZigBee无线控制和CAN总线的有线控制。用户可使用远程控制端发送控制指令，控制指令通过互联网络到集中控制端的家用电脑，再由家用电脑把指令发送到所需控制的家电终端，例如冰箱、空调和电饭煲等。同时家用电脑作为集中控制的主机，实时给远程控制终端返回家电的运行状态，供用户远程控制查询。

    2 远程智能家电控制系统的设计实现

    系统设计实现主要包括：远程控制端、远程控制的网络编程实现、集中控制端的控制软件实现和家电控制端的控制电路实现。本文以家用电器常用的电饭煲为例，介绍系统的实现方法。用户的控制界面显示电饭煲相关控制信息，例如开机、关机、保温和调温等控制功能。首先，用户依据远程控制界查询到的电饭煲当前工作状态，例如关机，以确定所需要的操作，如开机。此时远程控制端的PC机通过互联网路由器发送电饭煲的开机指令，在集中控制端的控制软件监听到网络发来的开机指令，然后把指令发送到电饭煲的控制电路，由控制电路实现控制操作。同样，电饭煲的反馈温度等运行状态信息也可通过远程控制端实时查询。

    3 远程智能家电控制系统的硬件设计

    远程智能家电控制的硬件系统主要是家电的控制电路。它由供电模块、控制模块、通信模块、传感器和开关电路组成。其中供电模块采用北京明鑫公司的MXA（S）2．5S5NI，控制模块采用At—megal6AL单片机，CAN通信模块采用MCP2515为CAN控制器，高速光偶6N137作为隔离电路，PCA82C250T作为CAN接口控制器，采用MAX232作为RS232串口的通信芯片。硬件实现原理框图如图1所示。

    家电控制电路设计尽可能地简单、可靠、低成本并具有可扩展性。控制电路总计由3个集成块组成，结构简单，功能成熟可靠，易维护。整个电路成本低（如表1所示），单个控制电路零售成本=集成块价格+电阻电容价格十制版费，小于25元。At-megal6集成4组I/O口，还有16路预留，可实现功能扩展。

    3．1 家电控制电路的供电模块

    由于家用电源为220 V交流，系统供电模块要求把220 V家用交流电转换为5 V直流供电电源，本文采用AC—DC电源模块MXA（S）2．5S5N具有低输出噪声，165～265VAC宽输入电压范围，输入对输出电压隔离等特性，以上特性达到系统供电要求。

    3．2家电控制电路的控制模块

    考虑到控制功能的实现和系统成本，采用At—megal6单片机作为控制微处理中心。Atmega接收到远程控制端的控制指令信息，通过其数字I/O口输出电平高低变化，控制开关电路的继电器的功能切换，实现远程开机、关机和调温等状态的切换控制。Atmegal6单片机亦能够实时地把电饭煲温度数据实时采集并判断电饭煲运行状态是否正常，若温度异常，向远程控制端发送报警信息，确保电饭煲能够平稳、安全地达到需要加热温度。

    3．3家电控制电路的通信模块

    ZigBee模块具有低成本，低功耗特点。总线是一种有效的支持分布式控制的串行通信网络，它具有多主站依据优先权进行总线访问、无破坏性的基于优先权的仲裁和节点配置灵活的特点。设计实现框图如图2所示。

    4 远程智能家电控制系统的软件设计

    系统软件如何对家电实时、准确远程控制与通信是本文关键技术之一，本文基于TCP/IP协议，软件采用Winsock开发C/S程序。即远程控制端向集中控制端服务器提出请求，服务器接收到远程请求后，提供相应的控制服务。

    4．1 系统软件设计与实现

    远程控制端开发了客户服务程序，它可以显示电饭煲的控制信息和运行状态，并以预定的频率刷新信息。在集中控制端开发了服务程序，当有控制请求时，必须让服务器程序自动触发，此服务器定时向客户发送进程更新。例如，要监控电饭煲5个状态，就需要5个远程服务进程。这些进程周期地发送进程更新。如图3所示，软件采用流式套接字（SOCK—STREAM）编程，实现了面向连接、可靠的数据传输服务，数据无差错，无重复的发送，且按顺序接收。保证了控制信号的实时性和准确性。

    家电反馈信息主要包括家电运行状态和数据错误的报警。电饭煲的加热温度可用温度传感器实时测量返回，返回的温度数据可在远程控制端上进行查询，为用户下一步操作提供参考。

    4．2远程控制端用户界面设计与实现

    远程控制端用户界面包括控制信息记录，控制家电目录，服务器IP地址127．0．0．1，服务6000，连接服务器。信息记录界面显示家电控制令发送、家电运行状态和报警信息等，控制家电目录可对控制对象。界面采用MFC AppWizar个基于MFC的单文档界面（SDI）实现。建户界面如图4所示。

    远程控制实验中，电饭煲加热温度变化曲线如图5所示。

    5 结束语

    以电饭煲为例，给出了一种基于Internet程家电控制系统，阐述了系统设计方案，详细介绍了远程家电控制过程、系统硬件实用性和远程控制的实现方法。远程控制发送开机命令后，由远程控制端记录的电饭煲加热温度数据曲线。试验结果表明：该系统能够很好地对电饭煲实现远程控制，电饭煲的运行状态也能实时地远程查询，系统易于操作、性能稳定。