劉天宋，單艷芬，張 俊，熊家慧

（常州劉國(guó)鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 常州 213025）

0 引 言

遙控器是大多數(shù)家用電器、工業(yè)設(shè)備的必備配件。傳統(tǒng)的遙控器多采用紅外、藍(lán)牙、ZigBee、RF射頻或者其他形式的無線電傳輸信號(hào)，往往在與設(shè)備的距離、抗干擾性和操作性等方面具有一定的局限性。現(xiàn)實(shí)生活中，一些采用傳統(tǒng)遙控方式的電氣設(shè)備受工作環(huán)境、天氣變化等因素影響，往往需要更改工作方式。例如，圖1所示的屋頂天窗在天氣轉(zhuǎn)陰雨時(shí)，需要及時(shí)關(guān)閉，以免漏雨。屋頂天窗多采用紅外遙控，圖2和圖3所示為一種常見的屋頂天窗遙控器外觀及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，該遙控器按鍵較少，3個(gè)按鍵均采用微動(dòng)開關(guān)按鍵，分別控制天窗的開、關(guān)和停止。但在房屋主人不在家時(shí)，無法通過遠(yuǎn)程遙控關(guān)閉。因此，在不破壞原有天窗和天窗遙控器的基礎(chǔ)上，有必要對(duì)原有的紅外遙控器進(jìn)行改造。

圖1 屋頂天窗

圖2 屋頂天窗遙控器外觀

圖3 屋頂天窗遙控器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，基于WiFi技術(shù)的遙控器產(chǎn)品越來越普遍。該類遙控器產(chǎn)品采用WiFi技術(shù)，擴(kuò)展了遙控信號(hào)的傳輸距離；且隨著近幾年開源項(xiàng)目的不斷發(fā)展，可以方便地使用一些開源的軟硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)遙控器的遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

為了將屋頂天窗紅外遙控改造為遠(yuǎn)程遙控，本文基于NodeMCU，在不破壞原來遙控器結(jié)構(gòu)和電路的基礎(chǔ)上，提出了一種將天窗紅外遙控改造為遠(yuǎn)程遙控的方法，并設(shè)計(jì)制作出了實(shí)物樣機(jī)。本文對(duì)天窗紅外遙控改造為遠(yuǎn)程遙控的總體設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了說明，介紹了遙控器的控制電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)并對(duì)改造后的遙控器進(jìn)行了測(cè)試，最后總結(jié)了本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)和存在的不足。

1 總體設(shè)計(jì)

紅外遙控改造為遠(yuǎn)程遙控的原理如圖4所示。改造后的整個(gè)遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)分為三個(gè)部分：手機(jī)端、服務(wù)器端和遙控器端。手機(jī)端需要安裝blinker APP，服務(wù)器采用的是blinker的免費(fèi)服務(wù)器，遙控器端包含機(jī)械結(jié)構(gòu)和硬件電路兩部分，具體參考第2章。

圖4 紅外遙控改造為遠(yuǎn)程遙控的原理框圖

當(dāng)用戶在手機(jī)blinker APP上發(fā)出打開或者關(guān)閉天窗信號(hào)時(shí)，手機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)將信息發(fā)送到blinker服務(wù)器，服務(wù)器再將信號(hào)發(fā)送到遙控器端的NodeMCU；NodeMCU根據(jù)接收到的信號(hào)，控制相應(yīng)的輸出接口，通過驅(qū)動(dòng)相應(yīng)繼電器，控制對(duì)應(yīng)的貫穿電磁鐵執(zhí)行動(dòng)作，電磁鐵產(chǎn)生機(jī)械推力，觸發(fā)按鍵，代替了手動(dòng)按鍵動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程遙控功能。

2 遙控器端設(shè)計(jì)

2.1 控制電路核心—NodeMCU

遙控器端的控制電路核心采用的是NodeMCU，如圖5所示。NodeMCU是一個(gè)開源的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，包含了可以運(yùn)行在 ESP8266 WiFi SoC芯片之上的固件，以及基于ESP-12模組的硬件，可將數(shù)據(jù)通過TCP協(xié)議與物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程存儲(chǔ)。NodeMCU的開源特性賦予了其技術(shù)資料豐富、編程方便等特點(diǎn)，可以使用Arduino IDE編寫和下載程序。

圖5 NodeMCU實(shí)物圖

2.2 推拉式貫穿電磁鐵

本文選用了KK-0520B型號(hào)貫穿電磁鐵，如圖6所示，其行程為5 mm，推拉力范圍為0.2～5 N。接通電源時(shí)，將可動(dòng)鐵芯插入線圈，通電推出，觸發(fā)遙控器按鍵。斷開電源后，力量消失，可動(dòng)鐵芯靠彈簧自動(dòng)復(fù)位，其原理示意如圖7所示。該型號(hào)貫穿電磁鐵額定電壓是DC-5 V，電流為600 mA，因此不可以直接使用NodeMCU進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。本文采用的方法是：先用NodeMCU發(fā)出的信號(hào)經(jīng)過圖8所示的三極管電路驅(qū)動(dòng)繼電器，再由繼電器控制貫穿電磁鐵的通斷。

圖6 KK-0520B型號(hào)貫穿電磁鐵

圖7 貫穿電磁鐵觸發(fā)按鍵工作原理

圖8 三極管驅(qū)動(dòng)繼電器電路

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 NodeMCU軟件程序

控制程序采用Arduino IDE軟件進(jìn)行編寫，在Arduino IDE中安裝了blinker開發(fā)的庫(kù)文件后，開發(fā)者不需要再過多考慮網(wǎng)絡(luò)適配、硬件差異，即可輕松進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)，降低了開發(fā)難度。圖9為控制系統(tǒng)主程序流程。初始化NodeMCU的兩個(gè)輸出端口OUT1（輸出端口2）和OUT2（輸出端口14）為低電平，兩個(gè)端口各控制1路繼電器。使用兩個(gè)回調(diào)函數(shù)分別與blinker APP端的兩個(gè)按鈕對(duì)應(yīng)。具體代碼如下：

圖9 主程序流程

由于電磁鐵通電會(huì)升溫，不適合長(zhǎng)時(shí)間通電，因此最好的方法是對(duì)其施加脈沖信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。本文施加的是脈寬為2 s的脈沖信號(hào)，具體實(shí)現(xiàn)代碼如下：

3.2 blinker手機(jī)端APP界面

在手機(jī)上安裝blinker APP后，通過添加設(shè)備頁面，使用網(wǎng)絡(luò)接入方式注冊(cè)設(shè)備。之后可以自主編輯設(shè)備的控制頁面。本文添加了兩個(gè)開關(guān)按鍵btn-yag和btn-h1d，分別代表開天窗和關(guān)天窗，界面如圖10所示；并在編寫程序時(shí)，新建組件對(duì)象。

圖10 開關(guān)按鍵添加界面

4 試驗(yàn)測(cè)試

圖11和圖12分別為改造后的遠(yuǎn)程遙控器機(jī)械部分和控制電路實(shí)物圖。對(duì)制作好的樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試，在手機(jī)blinker APP端分別遠(yuǎn)程發(fā)送開天窗、關(guān)天窗命令，遙控器均正確發(fā)出紅外信號(hào)，準(zhǔn)確控制了天窗的開合。電磁鐵溫度正常，無明顯升高。

圖11 機(jī)械部分實(shí)物

圖12 試驗(yàn)電路實(shí)物

5 結(jié) 語

本文基于NodeMCU設(shè)計(jì)了紅外遙控器按鍵觸動(dòng)電路，并結(jié)合blinker物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺(tái)，將天窗紅外遙控改造為手機(jī)遠(yuǎn)程遙控。測(cè)試結(jié)果表明，改造后的整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，滿足了使用要求，控制準(zhǔn)確可靠。

本文所提出的基于NodeMCU的紅外遙控改造為遠(yuǎn)程遙控的方法，具有不破壞原遙控器外形和電路結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，適用于將按鍵數(shù)量較少的紅外、藍(lán)牙遙控器改造為遠(yuǎn)程遙控器。但是，當(dāng)遙控器按鍵較多時(shí)，用該方法改造遙控器則可能會(huì)造成改造后的遙控設(shè)備結(jié)構(gòu)臃腫。