劉子源，鄭佳春，陳惠濱，洪夏棋，鐘永梅

(集美大學(xué)信息工程學(xué)院，福建 廈門 361021)

0 引言

當(dāng)前，空調(diào)已成為城市生活中必不可少的家用電器.然而，目前對于空調(diào)的控制大多是通過普通的遙控器，僅僅能夠近距離手動控制空調(diào)，無法實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，智能化程度不高.如果因外出上班離開房間時忘記關(guān)空調(diào)，那勢必會造成用電浪費.并且在炎熱的夏天，剛進(jìn)房間時空氣又悶又熱，即便開啟空調(diào)后，也需要10～15 min才能達(dá)到所要的降溫效果.因此，如何實現(xiàn)空調(diào)的遠(yuǎn)程控制，成為當(dāng)前亟待解決的問題.當(dāng)前，國內(nèi)不少人員對復(fù)雜的空調(diào)遙控做了相關(guān)研究，如:利用語音識別技術(shù)的室內(nèi)近距離空調(diào)控制[1];利用藍(lán)牙技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)空調(diào)程控系統(tǒng)[2];利用雙音多頻信號通過電話網(wǎng)絡(luò)的電話空調(diào)遠(yuǎn)程遙控器[3].然而這些研究大多只能近距離控制空調(diào)，雖然電話遙控器可遠(yuǎn)程控制，但操作過程復(fù)雜且功能少，僅可以實現(xiàn)開關(guān)空調(diào).為了解決上述問題，本文采用方便快捷的短信通信方式遠(yuǎn)程控制空調(diào)，可以設(shè)定空調(diào)的工作狀態(tài)、調(diào)節(jié)目標(biāo)溫度等，實現(xiàn)自動關(guān)機、提前預(yù)約開機等多種功能，使人們生活居住的環(huán)境更加舒適.

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由Android手機客戶端與空調(diào)控制系統(tǒng)組成，如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)框圖Fig.1 Block diagram of system

系統(tǒng)分為以下3種工作模式.

1)本地控制.本地控制單元由MCU、紅外模塊和按鍵組成.由紅外模塊學(xué)習(xí)空調(diào)遙控器各按鍵對應(yīng)的紅外編碼，并存儲于本地EEPROM.按鍵發(fā)射所存儲的紅外編碼便可對空調(diào)控制，其作用等同于一個普通遙控器.

2)無人控制.在本地控制的基礎(chǔ)上，MCU連接人體感應(yīng)模塊以檢測室內(nèi)是否有人，若長時間室內(nèi)無人，則關(guān)閉空調(diào)，以達(dá)到節(jié)能的目的.

3)遠(yuǎn)程控制.基于Android開發(fā)的應(yīng)用程序?qū)⒖照{(diào)遙控器外觀抽象成手機用戶端的操作界面，當(dāng)用戶在界面按下相應(yīng)功能鍵，向指定空調(diào)控制系統(tǒng)發(fā)送短信，空調(diào)控制系統(tǒng)通過CDMA模塊獲取短信信令，控制中心對信令解析后通過紅外模塊控制空調(diào)執(zhí)行相應(yīng)功能操作，從而實現(xiàn)空調(diào)遠(yuǎn)程控制的目的.此工作模式是本設(shè)計的核心內(nèi)容.

2 空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

系統(tǒng)以單片機C8051F020為核心控制器，通過兩個標(biāo)準(zhǔn)的RS232串行口分別控制CDMA模塊和紅外模塊，通過單片機的一個IO口連接人體感應(yīng)模塊.其硬件的原理圖如圖2所示.

系統(tǒng)配備AnyData公司的CDMA模塊DTGS-800，其提供標(biāo)準(zhǔn)AT命令供任何主機終端接入，可實現(xiàn)短信收發(fā)、數(shù)據(jù)通信等功能.AT命令是以AT為首、〈CR〉字符結(jié)束的字符串，本設(shè)計中單片機發(fā)送AT命令“AT+SMSP=285”，將SMS發(fā)送編碼格式設(shè)置為Unicode編碼;使用AT命令“AT+SMSC?”，查詢未讀短信條數(shù)和地址;使用AT命令“AT+RSMS= 〈x〉”，讀取指定地址的短信息.

紅外模塊采用高集成度嵌入式學(xué)習(xí)型紅外模塊IR-u64/448，內(nèi)部具備高性能超低功耗32 bit微處理器，自動檢測載波，可以學(xué)習(xí)不同紅外碼，是實現(xiàn)本系統(tǒng)控制器對空調(diào)控制的主要接口.其紅外學(xué)習(xí)與紅外發(fā)射的功能可通過串行口發(fā)送命令代碼進(jìn)行設(shè)定.紅外模塊提供如表1所示共12個字節(jié)的命令，其中命令代碼若為0x01，則模塊處于學(xué)習(xí)模式，為0x02則是發(fā)送模式.數(shù)據(jù)體是學(xué)習(xí)與發(fā)送的具體鍵號即紅外編碼.

圖2 系統(tǒng)原理圖Fig.2 System principle diagram

系統(tǒng)選擇熱釋電紅外傳感器BIS0001作為人體感應(yīng)模塊，該模塊是一種對溫度敏感的傳感器，當(dāng)人體進(jìn)入檢測區(qū)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，傳感器輸出高電平信號，人離開感應(yīng)范圍則自動延時關(guān)閉高電平，輸出低電平.傳感器通過加裝光學(xué)透鏡，其檢測距離可達(dá)7 m，感應(yīng)角度為110°，觸發(fā)時間為0.5～200 s.傳感器在安裝過程中，感應(yīng)區(qū)應(yīng)盡量避免正對著發(fā)熱電器和物體.

表1 紅外模塊命令格式Tab．1 The command format of infrared module

2.2 軟件設(shè)計

空調(diào)控制系統(tǒng)以CDMA模塊與遠(yuǎn)程Android手機通信，單片機根據(jù)CDMA模塊所接收的短信內(nèi)容控制紅外模塊做相應(yīng)工作，實現(xiàn)空調(diào)的開、關(guān)、溫度設(shè)定、“上下掃風(fēng)”、“左右掃風(fēng)”、“睡眠”與“燈光”等.空調(diào)控制系統(tǒng)程序流程圖如圖3所示，系統(tǒng)根據(jù)面板提供按鍵，由用戶選擇進(jìn)入遙控器學(xué)習(xí)模式或控制模式.當(dāng)進(jìn)入遙控器學(xué)習(xí)模式，系統(tǒng)學(xué)習(xí)空調(diào)相對應(yīng)類型遙控器紅外編碼，存儲于本地的EEPROM，并指定本地按鍵與各紅外編碼一一對應(yīng).

系統(tǒng)常態(tài)處于無人控制模式，MCU通過熱釋電紅外傳感器作為人體感應(yīng)模塊檢測室內(nèi)是否有人.人體感應(yīng)模塊輸出低電平將觸發(fā)定時器工作，輸出高電平則關(guān)閉定時器.如果人體感應(yīng)模塊輸出持續(xù)20 min的低電平，則定時器計時到20 min，空調(diào)控制系統(tǒng)將通過紅外模塊發(fā)送關(guān)機命令.

當(dāng)用戶觸發(fā)面板按鍵，系統(tǒng)將工作于本地控制模式時，用戶通過學(xué)習(xí)過程指定按鍵功能觸發(fā)空調(diào)開、關(guān)、溫度設(shè)定、“上下掃風(fēng)”、“左右掃風(fēng)”、“睡眠”與“燈光”控制.當(dāng)系統(tǒng)通過CDMA模塊檢測到短信，系統(tǒng)將工作于遠(yuǎn)程模式.為了防止泛濫短信干擾，系統(tǒng)可由用戶添加授權(quán)遠(yuǎn)程遙控的手機號碼，當(dāng)系統(tǒng)檢測到授權(quán)手機號的短信號碼發(fā)送的短信內(nèi)容，對短信進(jìn)行解析.當(dāng)接收短信內(nèi)容為“開”的短信，單片機通過紅外模塊發(fā)送開啟空調(diào)紅外編碼;當(dāng)授權(quán)手機號碼發(fā)送短信內(nèi)容為“關(guān)”的短信，單片機通過紅外模塊發(fā)送關(guān)閉空調(diào)紅外編碼;當(dāng)授權(quán)手機號碼發(fā)送短信內(nèi)容為“開××℃”的短信，單片機通過紅外模塊發(fā)送調(diào)節(jié)目標(biāo)溫度值的空調(diào)紅外編碼.以此類推，系統(tǒng)以相應(yīng)的方式處理接收授權(quán)手機號碼發(fā)送短信內(nèi)容，如:“上下掃風(fēng)”、“左右掃風(fēng)”、“睡眠”與“燈光”.

圖3 空調(diào)控制系統(tǒng)程序流程圖Fig.3 The procedure flow chart of air conditioning control system

3 Android終端的空調(diào)虛擬遙控器設(shè)計

Android終端的空調(diào)虛擬遙控器是將本地遙控器的功能按鍵虛擬成用戶界面，當(dāng)用戶按下界面的按鈕，Android手機便向空調(diào)控制系統(tǒng)的CDMA模塊發(fā)送相應(yīng)短信信令，空調(diào)控制系統(tǒng)根據(jù)收到的信息發(fā)送相應(yīng)的紅外編碼，從而實現(xiàn)Android終端對空調(diào)的遠(yuǎn)程控制.

3.1 遙控器Android界面的設(shè)計

在Android界面的設(shè)計中使用了Android系統(tǒng)所提供的TextView和Button控件，其中TextView控件放在最頂部中央，用于顯示設(shè)置的溫度值，Button控件用于各種遙控功能的按鍵操作，共定義了9個Button按鈕，分別為開、關(guān)、溫度調(diào)升、溫度調(diào)低、上下掃風(fēng)、左右掃風(fēng)、睡眠、燈光、確定操作按鈕，所定義的按鈕與空調(diào)實際的遙控器按鈕功能一致，其總體布局如圖4所示.

3.2 后臺短信發(fā)送

當(dāng)用戶按下界面的按鈕后，啟動短信信令發(fā)送功能.短信發(fā)送是通過對按鈕控件設(shè)置監(jiān)聽器實現(xiàn)的，在監(jiān)聽器里對硬件系統(tǒng)的CDMA模塊發(fā)送固定內(nèi)容的短信，且不同按鈕控件綁定不同的短信信令.如設(shè)置固定短信內(nèi)容“開”到手機號碼為“1804630＊＊＊＊”的Button控件，設(shè)置該按鈕的id名稱為openbutton，對openbutton按鈕設(shè)置如下監(jiān)聽器操作:

圖4 Android界面Fig.4 Android interface

上述程序中，短信發(fā)送的關(guān)鍵程序是通過調(diào)用SmsManager對象的sendTextMessage()方法來完成的，其函數(shù)結(jié)構(gòu)[4-5]如下所示:Sms-Manager.sendTextMessage(String destinationAddress，String scAddress，String text，PendingIntent sentIntent，PendingIntent deliveryIntent).SendTextMessage()方法需傳入的5個參數(shù):destinationAddress為目標(biāo)手機號碼，即收件人地址;scAddress為短信服務(wù)中心號碼，即發(fā)送地址，如果為null則使用默認(rèn)的短信服務(wù)中心號碼;text為發(fā)送的短信內(nèi)容;sentIntent為PendingIntent對象，提供發(fā)送服務(wù)，用于判斷發(fā)送短信是否成功，可以為空;deliveryIntent也為PendingIntent對象，提供送達(dá)服務(wù)，當(dāng)用戶接收到短信時會返回該對象，可以為空.PendingIntent是一種特殊的Intent，PendingIntent執(zhí)行的操作實質(zhì)上是參數(shù)傳進(jìn)來的Intent的操作，在上述sendText-Message()方法中，設(shè)置PendingIntent對象paIntent，當(dāng)短信發(fā)出時，若發(fā)送成功，paIntent會把其內(nèi)部描述的 intent廣播出去，否則產(chǎn)生錯誤代碼并通過android.app.PendingIntent.OnFinished進(jìn)行回調(diào).

4 結(jié)束語

本文運用Android開發(fā)技術(shù)、單片機控制技術(shù)設(shè)計了空調(diào)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了無人環(huán)境下空調(diào)的自動控制，為人們創(chuàng)造便利、良好的生活環(huán)境提供了技術(shù)支持.本系統(tǒng)的設(shè)計方案和思路也可以應(yīng)用于其他家電的遠(yuǎn)程控制，如電飯煲、熱水器等[6]，與汽車?yán)锏膬x表控制系統(tǒng)結(jié)合，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程無人控制汽車熄火和自動上鎖，具有良好的應(yīng)用前景.

[1]李永新，孫剛，李尚榮，等.語音控制型空調(diào)遙控器設(shè)計[J].自動化與儀表，2004(1):15-18.

[2]麥漢榮，廖勁光，韓波，等.基于藍(lán)牙技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)空調(diào)程控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2008(1):85-89.

[3]張麗.基于MSP430單片機的電話空調(diào)遙控器[J].大眾科技，2007(9):93-94.

[4]李興華.Android開發(fā)實戰(zhàn)經(jīng)典[M].北京:清華大學(xué)出版社，2012:440-445.

[5]張冬玲，楊寧.Android應(yīng)用開發(fā)教程[M].北京:清華大學(xué)出版社，2013:373-377.

[6]雷怡然.基于GSM短信息的熱水器遙控系統(tǒng)[J].山西電子技術(shù)，2002(3):9-10.