芮林 章華

【摘 要】本文通過研究紅外發(fā)射和接收原理、單片機控制、液晶顯示和手機APP開發(fā)等技術(shù)，設計一款“多合一”+“手機控制”的紅外遙控器。

【關(guān)鍵詞】遙控器;單片機;Wi-Fi模塊;遠程控制;“多合一”;智能化

中圖分類號： TP311.56;TU855 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）08-0022-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.08.008

【Abstract】This paper designs an infrared remote controller of “multi-in-one”+ “mobile control” by studying the infrared transmission and reception principle， single chip control， LCD display and mobile phone APP development technology.

【Key words】Remote control; Microcontroller; Wi-Fi module; Remote control; “multi-in-one”; Intellectualization

1 作品概述

1.1 家庭遙控器使用現(xiàn)狀

現(xiàn)如今，人們的物質(zhì)文化生活水平日益提高，各類家用電器走進了千家萬戶，但大多數(shù)的家用電器都有各自不同的遙控器，種類繁多，人們常常為了控制某臺電器而到處尋找其對應的遙控器，這樣就給人們的生活帶來了諸多不便。

1.2 特色描述與應用前景分析

隨著家用電器越來越多，家里各種各樣的遙控器也越來越多，日常存放、尋找和使用都很不方便。手機是現(xiàn)在人們最常使用的一種手持式的通訊設備，大家都已經(jīng)習慣隨身攜帶手機。所以，很多人都希望手機也可以當家用電器的遙控器使用。 現(xiàn)在，智能手機的軟硬件已經(jīng)十分強大，大尺寸的觸摸屏可以設計成各種鍵盤布局的控制器。只要有合適的軟件，配合小的附件，智能手機都可以當作家用電器的萬能遙控器來使用。

本創(chuàng)意設計的這款遙控器具有多功能遙控器+手機APP控制功能，能夠用一個遙控器控制家中的大部分家電，操作方式與普通家用遙控器沒太大差別，并且也可以通過手機控制家電，能夠滿足人們現(xiàn)有的需求。本創(chuàng)意的設計考慮到了老人和孩子的使用需求，不僅有手機控制也有遙控器控制：本設計配套的手機APP除了有控制功能還有一鍵緊急呼叫按鍵，當家中老人兒童有危險時，按下遙控器的緊急按鍵，用戶就收到緊急消息的通知，從而用戶可以第一時間知曉家人是否安全。

2 作品設計與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)概述

本創(chuàng)意是設計一款具有手機APP控制、一鍵緊急呼救、“多合一”、自定義按鈕等功能的智能遙控器。其中手機APP控制功能是指通過自主設計的手機APP控制界面與本設計的智能遙控器相結(jié)合來實現(xiàn)家電控制和家電運行狀態(tài)監(jiān)控;一鍵緊急呼救功能是在遙控器上設置緊急呼救按鍵來實現(xiàn)報警消息發(fā)送;“多合一”是指在克隆多種不同遙控器編碼的基礎上實現(xiàn)家庭多個遙控器合并為一個遙控器控制家電的功能。

2.2 遙控器硬件設計及原理

2.2.1 遙控器的設計

遙控器硬件中不同于普通遙控器的地方在于它具有的內(nèi)置Wi-Fi模塊，通過此模塊實現(xiàn)手機遠程控制家電。遙控器的顯示屏可以顯示一些具體的參數(shù)。

2.2.2 “多合一”功能

本創(chuàng)意設計的遙控器的多合一功能就是將不同類型不同型號的遙控器功能集中在一個遙控器上實現(xiàn)，通過一個遙控器控制所有家電的狀態(tài)，實現(xiàn)整個家居的智能化。只要家電可以通過紅外遙控，那么就可以通過一個遙控器來控制。

2.2.3 一鍵緊急呼救原理

針對緊急狀況發(fā)生，在本設計的遙控器上設定一個特殊的按鍵，用紅色將它標出，防止誤按。當老人和小孩摔倒時或者有危險時就可以按下此鍵第一時間通知家人，家人手機就會接收到消息的提醒，及時采取救助，將意外傷害降到最低。其工作原理就是利用單片通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)經(jīng)過Wi-Fi模塊轉(zhuǎn)換成無線Wi-Fi數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過無線網(wǎng)絡的傳送，手機就會收到緊急消息的通知。

2.3 手機APP控制設計及原理

2.3.1 遠程控制原理

當需要遠程控制時，單片機的串口數(shù)據(jù)經(jīng)過Wi-Fi模塊轉(zhuǎn)換成無線Wi-Fi數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過無線網(wǎng)絡的傳送，最后到達手機或者平板等其他終端設備，反過來手機發(fā)送數(shù)據(jù)給單片機也是同樣的。通過Wi-Fi模塊轉(zhuǎn)換成串口數(shù)據(jù)，最后單片機的MCU去執(zhí)行動作。實現(xiàn)遠程控制條件是讓手機和Wi-Fi模塊連接同一局域網(wǎng)網(wǎng)絡，然后進行以下操作：

（1）設置連接在單片機上的Wi-Fi模塊ESP8266。將模塊配置到AP模式，設置AP模式下的參數(shù)，查詢當前IP，啟動多路連接模式，配置AT指令;

（2）在手機端操作Wi-Fi模塊ESP8266接入點。用手機連接到Wi-Fi模塊ESP8266，打開無線網(wǎng)，搜索到該模塊（上面設置的接入點名稱），點擊連接;

（3）用戶自編程安卓APP的開啟;

（4）從用戶自編程安卓APP端發(fā)起連接。從PC端串口窗口發(fā)送信息到手機APP上。

2.4 系統(tǒng)軟件功能設計

2.4.1 手機終端軟件界面設計

一個完整的 Android ?UI 界面需要若干個組件按照一定的樣式進行布局，所謂的布局就指組件在 Activity 中的呈現(xiàn)方式，包括組件的大小、間距和對齊方式等。Android 中的布局方式包括線性布局表格布局幀布局 相對和絕對布局。

2.4.2 登陸注冊

注冊的功能是將用戶提供登陸的信息（包括登陸用戶名和密碼）存儲在軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫（Android 自帶的數(shù)據(jù)庫 SQL）中，登錄時通過身份驗證的方式來決定終端軟件的使用權(quán)，驗證的方式是通過輸入用戶名與密碼是否和軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫保存的數(shù)據(jù)一致，只有通過驗證的用戶才可以進入家電控制系統(tǒng)的主功能界面用戶在點擊應用軟件圖標后，系統(tǒng)會跳轉(zhuǎn)到登陸界面，如果用戶已經(jīng)具有了賬號，可以直接輸入信息點擊登陸。若用戶是一個新的使用者，就需要進行注冊新用戶。注冊的方式是用戶設置自己的用戶名和登陸密碼，然后再一次確認密碼。兩次密碼輸入完全相同后才能注冊成功，點擊提交按鈕 用戶信息就保存在軟件系統(tǒng)中。注冊完成后可以在登陸界面輸入賬號和密碼，輸入用戶注冊好的用戶名和密碼，點擊登錄按鈕，系統(tǒng)會進行驗證。系統(tǒng)把用戶輸入的用戶名與密碼與所保存的數(shù)據(jù)信息逐一比較，只有用戶名和密碼與數(shù)據(jù)庫中保存的完全匹配，系統(tǒng)才會跳轉(zhuǎn)到主功能界面，如二者有其一不與數(shù)據(jù)庫吻合，登錄就會失敗，系統(tǒng)彈出“用戶或密碼錯誤，請重試！”的對話框，然后跳轉(zhuǎn)回登陸界面以供用戶重新登陸。

2.4.3 家電控制

如上圖所示的主菜單界面可以看出，在進入主菜單界面之后，輸入網(wǎng)關(guān)IP 和端口連接上網(wǎng)關(guān)服務器，點擊家電控制圖標，進入家電控制的界面，可供選擇的家電設備包括空調(diào)控制、熱水器控制、電視控制等。用戶點擊相應的按鈕，手機終端即向智能遙控器內(nèi)置的WiFi模塊發(fā)送控制指令，收到請求后，解析數(shù)據(jù)，然后將控制信息通過串口傳送給單片機，以達到對家電的控制。

2.5 移動終端系統(tǒng)與WiFi模塊的網(wǎng)絡通信

手機終端軟件是通過智能遙控器這一中間媒介來對家居生活中的各種設備進行操作和管理。

在本課題當中，如果手機終端發(fā)送給Wi-Fi模塊的指令信息發(fā)生丟失或是順序錯亂的現(xiàn)象就會影響對家具設施的管理和控制同時也會影響用戶對終端軟件的體驗。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，手機終端與網(wǎng)關(guān)服務器之間的通信采用基于TCP 協(xié)議的 Socket 通信。

2.6 手機APP設計流程

（1）當界面處于主界面的時候?？梢酝ㄟ^左滑，進入系統(tǒng)設置界面，主要有設置，意見反饋，聯(lián)系我們，廣播消息，使用幫助，關(guān)于等界面。

（2）本設計的APP上可以實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)控，當家電開啟時，APP上的我的遙控器界面就會有LED小燈閃爍。當用戶出門后，不記得自己是否有沒有關(guān)家電，就可以通過APP來檢查家電的運行狀態(tài)，如果沒有關(guān)閉的話，需要關(guān)閉時就可以通過APP遠程關(guān)閉。

（3）當家中同時使用兩臺電視機時，就有必要在原來的基礎上添加自定義功能鍵，首先選擇電視機類型，然后就行增加控制鍵。當有鍵損壞，用組合鍵代替時，這時就需要在APP上加上自定義按鈕。

3 硬件設計

3.1 單片機類型選擇

使用基于STC單片機，比如選擇STC89C52RC型單片機，它具有低功耗，高性能的特點并采用CMOS工藝的8位微處理器，與工業(yè)標準型8051單片機的指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。片內(nèi)8kFlast存儲器可在線編程，具有EEPROM功能，具有看門狗功能，共有3個16位定時器（T0，T1，T2），外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)器，Power Domn模式可以由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。且抗干擾強。

3.2 鍵盤電路的設計

本文設計一個具有36個鍵的鍵盤，主要按鍵對應功能說明：

（1）家電類型的選擇一共5個鍵，每個鍵對應一款家電，通過按鍵切換控制需要控制的家電。（2）音量控制鍵2個，主要是控制音量的加減，頻道控制鍵2個，主要控制頻道的加減，還有0-9的按鍵，可以快捷的選擇頻道。這主要是針對電視的。（3）空調(diào)的模式選擇，空調(diào)上下掃風，空調(diào)的溫度加減都需要特定的功能鍵。（4）快進鍵，后退鍵，暫停鍵，靜音鍵。（5）遙控器的開關(guān)鍵。（6）剩下的鍵為組合鍵，當有些鍵被損壞后可以利用組合鍵來替代它。

3.3 紅外學習電路

紅外學習是把遙控器發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一定格式的控制指令脈沖，是完成紅外線的接收，放大，解調(diào)，還原成發(fā)送格式的脈沖信號。這些工作一般有一體化的接收頭來完成，本設計采用NB1838一體化接收頭，輸出TTL兼容電平，最好通過解碼把脈沖信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

3.4 存儲電路

本設計采用的AT24C02是一個2K位串行CMOS E2PROM，內(nèi)部含有256個8位字節(jié)，CATALYST公司的先進CMOS技術(shù)實質(zhì)上減少了器件的功耗。AT24C02有一個8字節(jié)頁寫緩沖器。該器件通過IIC總線接口進行操作，有一個專門的寫保護功能。

【參考文獻】

[1]宋冬萍.智能紅外遙控器微系統(tǒng)的設計[J].大眾科技.2010（08）.

[2]劉軍傳，張玉茹，溫凱.可識別非特定人語音指令的家電遙控器設計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用.2016.

[3]張毅，李晉.基于射頻的學習型紅外遙控器設計[J].計算機時代.2011（02）.