周蕾

(唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北唐山063020)

基于紅外線智能家電控制系統(tǒng)及電源功耗分析

周蕾

(唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北唐山063020)

智能家電已成為家庭信息化的一種潮流。智能家電系統(tǒng)性能的好壞對(duì)智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大的意義。采用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)觀點(diǎn)，利用以紅外線遙控為主、其他低功耗射頻技術(shù)為輔的組網(wǎng)方式，構(gòu)建了基于智能家電的無(wú)線傳感網(wǎng)，形成了以8051單片機(jī)為控制核心的智能家電控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定、功耗低、電磁輻射小等優(yōu)點(diǎn)。

智能家居；物聯(lián)網(wǎng)；紅外遙控；無(wú)線傳感網(wǎng)

智能家居是現(xiàn)代家居革命的領(lǐng)軍者，它的目標(biāo)是通過(guò)各種成熟的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)居家環(huán)境、家用電器的智能控制。在這其中，物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)技術(shù)的發(fā)展為智能家居的完善提供了良好的基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是在計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用各種無(wú)線通信技術(shù)所構(gòu)建的以“物與物的交流”為中心的網(wǎng)絡(luò)控制世界。在這個(gè)世界中，人的干預(yù)只是其中一個(gè)環(huán)節(jié)，并不是系統(tǒng)的主體，系統(tǒng)的運(yùn)行是依照自動(dòng)控制理論所界定的范疇自動(dòng)運(yùn)行[1]。

智能家居的主體是各種家用電器，因此，整個(gè)控制的主體是家電本身。所提供的功能主要是空調(diào)、熱水器、照明、窗簾、防盜報(bào)警及其他家用電器的遠(yuǎn)程控制或可編程定時(shí)控制等。這些功能的實(shí)現(xiàn)，都離不開(kāi)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持。

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，物與物之間的交流依賴(lài)網(wǎng)絡(luò)形成一個(gè)整體。在智能家居中，可用的網(wǎng)絡(luò)體系有Wifi、藍(lán)牙、ZigBee、紅外等多種形式。這幾種形式都可以構(gòu)建無(wú)線傳感網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)物與物之間的交流系統(tǒng)。然而這幾種技術(shù)又各有側(cè)重，具體性能如表1所示[2]。從節(jié)能、環(huán)保、可靠等角度出發(fā)，本文選用紅外線控制作為主控方式，Wifi+ZigBee作為輔助方式，構(gòu)建出一套低功耗、靈活性強(qiáng)的智能家電控制系統(tǒng)。

表1 幾種短距離技術(shù)對(duì)比分析

1 智能家電控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

智能家電控制系統(tǒng)的功能主要集中在兩個(gè)方面，其一是家庭設(shè)備的自動(dòng)及遠(yuǎn)程控制功能，其二是家用電器的安全運(yùn)行預(yù)警功能。本設(shè)計(jì)以STC89C52和CC2530芯片為控制核心，底層由家居環(huán)境溫濕度傳感器、光敏傳感器、繼電器、步進(jìn)電機(jī)、紅外線發(fā)射器、紅外線接收器組成，主要的控制對(duì)象有空調(diào)、照明系統(tǒng)、窗簾、熱水器、微波爐、視聽(tīng)音響等。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1～圖5所示。

圖1與圖2為窗簾的控制設(shè)計(jì)，有兩種方式，一種是利用紅外遙控發(fā)射信號(hào)窗簾控制信號(hào)，由步進(jìn)電機(jī)控制窗簾的開(kāi)啟和關(guān)閉；另一種方式是自動(dòng)控制功能，由光敏傳感器采集光線，當(dāng)光線暗下來(lái)時(shí)，單片機(jī)向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出指令，令其關(guān)閉窗簾，當(dāng)光線亮起來(lái)時(shí)，單片機(jī)向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出開(kāi)啟窗簾的指令。兩種方式互為補(bǔ)充，也可結(jié)合在一起使用。

圖3與圖4為空調(diào)的控制設(shè)計(jì)，同樣也有兩種方式，不同的是自動(dòng)控制中的傳感器換成了監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫濕度的溫濕度傳感器，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)換成了繼電器。

圖1 窗簾的紅外控制

圖2 窗簾的自動(dòng)控制

圖3 空調(diào)的紅外控制

圖4 空調(diào)的自動(dòng)控制

如圖5所示，照明是整個(gè)家居中分布較廣且應(yīng)控制終端較多的系統(tǒng)。在本設(shè)計(jì)中，照明控制系統(tǒng)結(jié)合了三種短距離通信方式：紅外、ZigBee、Wifi。具體過(guò)程為：由ZigBee節(jié)點(diǎn)構(gòu)成星形無(wú)線傳感網(wǎng)(WSN)，節(jié)點(diǎn)采用CC2530，整個(gè)無(wú)線傳感網(wǎng)由一個(gè)協(xié)調(diào)器和若干個(gè)終端節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)上連接紅外接收器和繼電器，用紅外方式控制和用繼電器控制照明燈具；協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)上安裝Wifi模塊，利用Wifi和手機(jī)通信。

圖5 照明控制系統(tǒng)

整個(gè)智能家電的控制系統(tǒng)還包括其他模塊，其基本原理和以上的模塊功能相似，不再贅述。

基于以紅外為主的通信網(wǎng)絡(luò)，由于紅外線屬于短距離通信，其需要的通信能量相應(yīng)較低。而且輔助的ZigBee方式也是低功耗的通信方式，因此，基于紅外的智能家電控制系統(tǒng)對(duì)電源的要求不是很高，具有一定的節(jié)能性。

2 紅外控制的實(shí)現(xiàn)

本設(shè)計(jì)的控制主體采用紅外技術(shù)，選用的紅外遙控發(fā)射芯片為WD6122。該芯片采用CMOS工藝制造，最多可外接64個(gè)按鍵，并有3組雙重按鍵，其主要結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 WD6122結(jié)構(gòu)

在單片機(jī)中，紅外信號(hào)以中斷的形式出現(xiàn)，具體代碼為：

3 總結(jié)

窗簾可以自動(dòng)感知光線而進(jìn)行開(kāi)啟和關(guān)閉，空調(diào)依據(jù)室內(nèi)溫度而自動(dòng)調(diào)節(jié)，這些都是智能家居的重要組成部分。本設(shè)計(jì)采用以紅外線為主的無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了智能家電的控制功能，論述了其相應(yīng)的硬件組成和軟件設(shè)計(jì)，對(duì)實(shí)際應(yīng)用具有良好的指導(dǎo)作用。

[1]高曉苗.淺談智能家居的設(shè)計(jì)[J]．信息與電腦，2012(1)：36-38.

[2]楊峰.智能家居信息平臺(tái)的設(shè)計(jì)[D]．杭州：杭州電子科技大學(xué)，2009：6-10.

Intelligent home appliance control system based on IrDA and power consumption analysis

An intelligent home appliance has become a trend of family information.The performance of intelligent home appliance system is of great significance to the development of smart home industry.The technology of Internet of things was adopted;IrDA remote control and other low power radio frequency technology were used to build a wireless sensor network based on intelligent home appliances.The intelligent home appliance control system was formed with the 8051 single chip microcomputer as the core.The system has many advantages such as stable operation,low power consumption and low electromagnetic radiation.

smart home appliance;Internet of things;IrDA remote control;WSN

TM 727

A

1002-087 X(2016)06-1304-03

2016-01-20

周蕾(1968—)，女，河北省人，副教授，主要研究方向?yàn)樽詣?dòng)化控制。