家用電器智能遠(yuǎn)程紅外遙控器

1、家用電器智能（遠(yuǎn)程）紅外遙控器原文來自ELECTRONICS,VOL.14,NO.2,DECEMBER2010InfraredTransceiverforHomeAutomation摘要：大多數(shù)家用電器都具有內(nèi)置紅外接收裝置，當(dāng)試圖將家中所有的此類設(shè)備整合到一個控制系統(tǒng)中時，我們需要用另一個智能紅外遙控器替代原有的遙控器，本文提由了一種USB接口的智能紅外遙控器解決方案，該設(shè)備分成接收和發(fā)射兩部分，接收部分記錄并處理原遙控器的指令，發(fā)射部分代替原來的控制器，向家用電器發(fā)生來自計算機(jī)或者遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的指令，解決了家中無人時對設(shè)備簡單有效的控制。關(guān)鍵詞：紅外通訊，遠(yuǎn)程控制，智能家居I .引入智能家居是

2、指將家中所有的或部分的設(shè)備用一個獨特的系統(tǒng)連接起來，并提供對每個設(shè)備進(jìn)行自動智能控制的家居系統(tǒng)。實現(xiàn)智能家居的初衷是多方面的，如：家庭財產(chǎn)安全，節(jié)能環(huán)保，無人時設(shè)備控制等等，其原始由發(fā)點是處于安全的考慮，因此報警裝置，撥打指定電話，模擬家中有人（如：百葉窗定時升起或落下，燈光，音響，視頻設(shè)備指定時間的開啟或關(guān)閉）被開發(fā)由來。而如今，又增加了空調(diào)的控制，自動澆花功能，寵物喂食功能，車庫門的自動控制，入戶門的自動開啟。所有這些系統(tǒng)可通過有線或無線的方式解決。大多數(shù)家用電器中均內(nèi)置紅外遠(yuǎn)程接收器，因此，可通過簡易整合實現(xiàn)家用電器的智能控制。本文提由一種解決方案，用一個USB接口的智能紅外遙控器，該設(shè)

3、備分成接收和發(fā)射兩部分，接收部分記錄并處理原遙控器的指令，發(fā)射部分代替原來的控制器，向家用電器發(fā)生來自計算機(jī)或者遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的指令，解決了家中無人時對設(shè)備簡單有效的控制。II .遙控設(shè)備的紅外通訊紅外通訊是一種無線通訊技術(shù)，需要通訊雙方具有光可視性，即發(fā)射器和接收器之間沒有障礙物阻隔，具有可視性。這種通訊技術(shù)，常在較短距離范圍內(nèi)適用，特別是在一個房間內(nèi)比較適合。家電設(shè)備的開發(fā)商們開發(fā)使用了不同種類的紅外通訊和遠(yuǎn)程控制協(xié)議。所有的紅外通訊和遠(yuǎn)程控制協(xié)議均使用數(shù)字化調(diào)制方式，信號載波頻率不同，但多數(shù)（90%）的頻率為38KHz。對家庭音視頻設(shè)備而言，大多數(shù)紅外通訊協(xié)議是采用PhilipsRC-5（歐美

4、）andNEC協(xié)議（日本），PhilipsRC-5協(xié)議使用的載波頻率為36kHz,每位固定位長為1.778ms,每次數(shù)據(jù)共14位。采用雙相信號調(diào)制方式（曼徹斯特碼）如圖1,每一位由一個狀態(tài)開關(guān)來表示，邏輯“0”由低電平向高電平的轉(zhuǎn)化狀態(tài)（開關(guān)轉(zhuǎn)化）來表示，而邏輯“1”由高電平向低電平的轉(zhuǎn)化狀態(tài)（開關(guān)轉(zhuǎn)化）來表示。高電平是信號載波存在，低電平是信號載波不存在。圖一（暫略）Fig. 1. Bi-phasemodulation（Manchestercode）alogical,zero“，andlogicalone".在這個協(xié)議中，每次數(shù)據(jù)由開始位（2位，2個邏輯“0”）,一個觸發(fā)位（遙控器

5、按鍵每按下一次該位翻轉(zhuǎn)一次），設(shè)備地址位（5位）和最后指令位（6位）組成。圖二（暫略）Fig. 2. PhilipsRC-5protocolmessage.如果遙控器的按鍵一直被按下，那么整條數(shù)據(jù)會在114ms后再次發(fā)送，但觸發(fā)位保持不變，因此，接受部分能夠理解是同一條指令，而不再重復(fù)執(zhí)行。NEC協(xié)議使用的載波頻率為38KHz,邏輯“0”位長為1.125ms,邏輯“1”位長為2.25ms。采用脈沖長度調(diào)制方式，如圖3。每位由562.5s的高電平開始，接下來為562.5嶼低電平（邏輯“0”），或者為1.6875ms低電平（邏輯“1”）。圖三（暫略）Fig. 3. Pulsedistanceenc

6、odingalogical,zero",andlogical,one".在這協(xié)議中，每次數(shù)據(jù)由一個9ms的脈沖，4.5ms的暫停，8位設(shè)備地址位，求反的8位設(shè)備地址位，8位指令位，求反的8位指令位和一個562.5s長的脈沖組成。其中求反的8位設(shè)備地址位和求反的8位指令位用于數(shù)據(jù)校驗。由于地址位和指令位均以原碼和反碼的方式發(fā)送，因此發(fā)送數(shù)據(jù)的時間固定。圖4（暫略）Fig. 4. NECprotocolmessage.該數(shù)據(jù)因被發(fā)送一次，當(dāng)遙控器上的按鍵一直被按下時，接下來僅發(fā)送9ms的脈沖，2.25ms的暫停和562.5的的脈沖。僅發(fā)送的部分會每隔110ms重復(fù)一次。圖5（暫

7、略）Fig. 5. Amessagefollowedbyacodethatisrepeatedevery110ms.III .家用電器智能（遠(yuǎn)程）紅外遙控器的實現(xiàn)本文提由一種解決方案，用一個USB接口的智能紅外遙控器，該設(shè)備分成接收和發(fā)射兩部分，接收部分記錄并處理原遙控器的指令，發(fā)射部分代替原來的控制器，向家用電器發(fā)生來自計算機(jī)或者遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的指令，解決了家中無人時對設(shè)備簡單有效的控制。接受部分檢測來自遙控器的紅外信號，計算機(jī)對遙控器指令進(jìn)行處理，或者將其記錄下來，用于將來對被控家用電器的控制。我們選用集成電路SFH5110-38對紅外信號進(jìn)行處理，SFH5110-38包含一個光敏二極管，前置放

8、大器，自動增益控制，帶通濾波，信號解調(diào)器和日光過濾器(家用電器型)。該集成電路針對不同的信號載波頻率的不同，有不同系列的產(chǎn)品供用戶選擇，其可檢測的信號載波頻率在30KHz至40KHz之間。在本方案中，由于在家用電器中信號載波頻率大多數(shù)為38KHz,所以我們采用信號載波頻率為38KHz的芯片，其輸由信號與微處理的I/O腳直接相連。接受單元負(fù)責(zé)發(fā)送紅外調(diào)制信號，代替原來的遙控器。紅外調(diào)制信號由微處理器生成，通過紅外發(fā)光二極管(infraredLED)發(fā)送由去。家用電器智能紅外遙控器的核心部件是微處理器，我們采用Atmel公司的AVRATmega8芯片，該芯片集成了收發(fā)單元，并通過USB接口與計算機(jī)

9、相連，負(fù)責(zé)USB接口通訊的為FT232RL,它將USB通訊信號轉(zhuǎn)化成RS232串行通信信號，并使得計算機(jī)把該設(shè)備作為一個虛擬COM口，計算機(jī)就像對待一個普通硬件COM口一樣與之通訊。微處理器程序由以下幾部分組成：接受并存儲來自接受單元的數(shù)據(jù)，將信號傳送至發(fā)送單元，與上位機(jī)進(jìn)行RS232串口通訊。當(dāng)接在外部中斷I/O位上的信號狀態(tài)發(fā)生改變時，觸發(fā)外部中斷程序，進(jìn)行信號的接收處理，在外部中斷信號保持不變期間把接收到的信號連同與前一個狀態(tài)信號及其間隔時間存儲在一個特定數(shù)組中，由于不同類型的遙控器使用不同的通訊協(xié)議，其傳送的信息長度也不同，一次這個特點數(shù)組的長度應(yīng)足夠長，以確保能夠?qū)⒄麠l信息全部存貯下

10、來。當(dāng)數(shù)據(jù)存貯完成后，程序應(yīng)通過串口通訊將存貯好的數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)，上位機(jī)將其存貯在一個數(shù)據(jù)庫中。通過發(fā)送單元發(fā)送信號的過程與之正好相反，首先，上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)至微處理器（該數(shù)據(jù)與從遙控器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)完全相同），并被存貯在一個變量數(shù)組中。輸由信號載波頻率由微處理器的定時器生成，而信號則由定時器有順序地控制微處理器輸由腳的狀態(tài)去生成，這種順序和存貯在變量數(shù)組中的數(shù)據(jù)相對應(yīng)。由于信號變化的頻率相當(dāng)高，所以微處理器不能同時收發(fā)數(shù)據(jù)，它只能處于或收或發(fā)的狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備上電時，該設(shè)備設(shè)置為接受狀態(tài)，并一直保持這一狀態(tài)，直至接受到來自上位機(jī)的指令讓其轉(zhuǎn)變成發(fā)送狀態(tài)。本例中使用的ATmega8內(nèi)置集成RS23

11、2串口通訊，我們需要對通訊速率，數(shù)據(jù)位數(shù)，停止位和效驗進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)在外部晶振頻率為7.3728MHz時，我們可以選擇115200bps的最高通訊速率，8位數(shù)據(jù)碼，1位停止位（無效驗位）。IV .與智能（遠(yuǎn)程）紅外遙控器通訊的上位機(jī)程序為了在一個控制系統(tǒng)中將所有的設(shè)備控制起來，需要在上位機(jī)中編寫了上位機(jī)程序，該程序使得上位機(jī)與紅外收發(fā)器之間通過虛擬COM口進(jìn)行RS232串型通訊。串口通訊的設(shè)置為波特率115200bps,8位數(shù)據(jù)位，1位停止位（無效驗位）。用戶通過上位機(jī)程序，向微處理器發(fā)送特定指令改變微處理器的工作方式，如：接受方式或發(fā)送方式。如果微處理器處于接受方式，可發(fā)送指令讓其讀取存儲在微

12、處理器數(shù)組中的數(shù)據(jù)，并將其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存在上位機(jī)程序數(shù)據(jù)庫中。上位機(jī)程序中所涉及的數(shù)據(jù)庫可存儲家用電器設(shè)備名稱，功能指令數(shù)據(jù)及其含義。當(dāng)上位機(jī)程序已存貯莫個家用電器的所有命令后，便可改變微處理器的工作方式，使其工作在發(fā)送狀態(tài)，并向該家用電器發(fā)送具體操作指令，控制該家用電器工作狀態(tài)。當(dāng)我們將家中所用的家用電器的遙控器指令全部被上位機(jī)建立在數(shù)據(jù)庫中后，我們可根據(jù)家中所需，適時從數(shù)據(jù)庫中選擇家用電器進(jìn)行操作，這時所選家電及其操作指令被存貯在臨時數(shù)組變量中，并以適當(dāng)?shù)母袷酵ㄟ^虛擬COM口傳送至微處理器中在上位機(jī)程序中,我們可以通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對家中的家用電器智能紅外遙控器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，這樣便可實現(xiàn)家中無人情況

13、下對家用電器的遠(yuǎn)程智能控制。另外，我們可在程序中加入對家用電器的定時操作功能，如：DVD的定時錄制莫個節(jié)目，定時開啟電視機(jī)或音響設(shè)備，提前一個時間段打開空調(diào)等。V .結(jié)論在智能家居中，我們可以將所有內(nèi)置紅外接收功能的家用電器整合成一個自動智能系統(tǒng)，為了實現(xiàn)這一目的，我們使用另一個紅外發(fā)射器來代替原有的多個遙控器去智能控制家用電器。本文提由一種家用電器智能（遠(yuǎn)程）紅外遙控器使用USB接口與計算機(jī)通訊，該紅外遙控器可存儲原有的遙控器指令，并將其傳送至上位計算機(jī)中的特定數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)需要時可將所需指令發(fā)送至發(fā)射部分，發(fā)射部分將其以紅外信號的方式發(fā)送給指定設(shè)備。由于大多數(shù)設(shè)備使用的載波頻率為38KHz,

14、本系統(tǒng)可完全替代原有的眾多遙控器，甚至在家中無人的情況下實現(xiàn)對家用電器（電視機(jī)，音視頻設(shè)備）的自動控制。家用電器智能（遠(yuǎn)程）紅外遙控器的優(yōu)點是其不依賴遙控器和所控家電的之間具體通訊協(xié)議，僅依賴于其載波頻率。其所需指令（其格式與原始遙控器的指令格式完全相同）已被存儲在數(shù)據(jù)庫中。家用電器智能（遠(yuǎn)程）紅外遙控器的缺點是需要遙控器與被控家電之間具有光可視性，因此，需要設(shè)計多個紅外發(fā)射二極管，以指向多個家用電器方向。參考資料：1 J.Gerhart,"Homeautomationandwiring",McGraw-Hill1999.2 A.Varma,Domotics:Smarttechnology,smarterhomes,ICFAIUniversityPress2008.3 Ostoji?G.,StankovskiS.,Raki?-Skokovi?M.,Lazarevi?M.,Jovanovi?V:"BuildingautomationwiththeusageofRFIDtech.fortheuseridentification",14.InternationalScientificConferenceonIndustrialSystems-IS,NoviSad:FacultyofTechnicalSciences,2008