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實現(xiàn)智能家電控制系統(tǒng)設(shè)計方案的幾大關(guān)鍵點

電子設(shè)計 ? 來源:互聯(lián)網(wǎng) ? 作者:佚名 ? 2018-01-18 07:37 ? 次閱讀
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計算機網(wǎng)絡(luò)、通信和控制技術(shù)的發(fā)展使家電的集中和遠程智能控制成為可能,將信息技術(shù)和家電技術(shù)相融合,在更大程度上實現(xiàn)家庭生活的信息化和智能化,滿足人們舒適、高節(jié)奏的生活需要。使所有的消費電子類產(chǎn)品具備連入網(wǎng)絡(luò)的能力,這也是家用電器未來的發(fā)展趨勢。

目前對智能家電領(lǐng)域研究有電話/手機網(wǎng)絡(luò)的遠程控制,基于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的智能家電軟件設(shè)計等。但一般家電智能控制存在成本高、可靠性差,系統(tǒng)設(shè)計冗余等缺點。本文針對以上問題,提出了基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAN總線技術(shù),如和ZigBee無線技術(shù)c43的控制系統(tǒng)設(shè)計,著重解決了ZigBee無線和網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的,設(shè)計了一種簡單、低成本硬件設(shè)計方案,并在實驗室搭建了試驗平臺,驗證了控制效果。

1 遠程智能家電控制系統(tǒng)的基本組成

在達到性能指標要求的情況下,為了盡可能地降低成本,整個系統(tǒng)盡可能使用常用家電設(shè)備,以使系統(tǒng)簡單、易操作和低成本??刂葡到y(tǒng)分為:

a.遠程控制端。包括個人手機和個人電腦的遠程控制。

b.集中控制端。包括家用電腦和RS232一CAN轉(zhuǎn)接口。

c.家電控制端。包括ZigBee無線控制和CAN總線的有線控制。用戶可使用遠程控制端發(fā)送控制指令,控制指令通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)到集中控制端的家用電腦,再由家用電腦把指令發(fā)送到所需控制的家電終端,例如冰箱、空調(diào)和電飯煲等。同時家用電腦作為集中控制的主機,實時給遠程控制終端返回家電的運行狀態(tài),供用戶遠程控制查詢。

2 遠程智能家電控制系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)

系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)主要包括:遠程控制端、遠程控制的網(wǎng)絡(luò)編程實現(xiàn)、集中控制端的控制軟件實現(xiàn)和家電控制端的控制電路實現(xiàn)。本文以家用電器常用的電飯煲為例,介紹系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。用戶的控制界面顯示電飯煲相關(guān)控制信息,例如開機、關(guān)機、保溫和調(diào)溫等控制功能。首先,用戶依據(jù)遠程控制界查詢到的電飯煲當前工作狀態(tài),例如關(guān)機,以確定所需要的操作,如開機。此時遠程控制端的PC機通過互聯(lián)網(wǎng)路由器發(fā)送電飯煲的開機指令,在集中控制端的控制軟件監(jiān)聽到網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的開機指令,然后把指令發(fā)送到電飯煲的控制電路,最后由控制電路實現(xiàn)控制操作。同樣,電飯煲的反饋溫度等運行狀態(tài)信息也可通過遠程控制端實時查詢。

3 遠程智能家電控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

遠程智能家電控制的硬件系統(tǒng)主要是家電的控制電路。它由供電模塊、控制模塊、通信模塊、傳感器開關(guān)電路組成。其中供電模塊采用北京明鑫公司的MXA(S)2.5S5NI,控制模塊采用At—megal6AL單片機,CAN通信模塊采用MCP2515為CAN控制器,高速光偶6N137作為隔離電路,PCA82C250T作為CAN接口控制器,采用MAX232作為RS232串口的通信芯片。硬件實現(xiàn)原理框圖如圖1所示。

家電控制電路設(shè)計盡可能地簡單、可靠、低成本并具有可擴展性。控制電路總計由3個集成塊組成,結(jié)構(gòu)簡單,功能成熟可靠,易維護。整個電路成本低(如表1所示),單個控制電路零售成本=集成塊價格+電阻電容價格十制版費,小于25元。At-megal6集成4組I/O口,還有16路預留,可實現(xiàn)功能擴展。

3.1 家電控制電路的供電模塊

由于家用電源為220 V交流,系統(tǒng)供電模塊要求把220 V家用交流電轉(zhuǎn)換為5 V直流供電電源,本文采用ACDC電源模塊MXA(S)2.5S5N具有低輸出噪聲,165~265VAC寬輸入電壓范圍,輸入對輸出電壓隔離等特性,以上特性達到系統(tǒng)供電要求。

3.2家電控制電路的控制模塊

考慮到控制功能的實現(xiàn)和系統(tǒng)成本,采用At—megal6單片機作為控制微處理中心。Atmega接收到遠程控制端的控制指令信息,通過其數(shù)字I/O口輸出電平高低變化,控制開關(guān)電路的繼電器的功能切換,實現(xiàn)遠程開機、關(guān)機和調(diào)溫等狀態(tài)的切換控制。Atmegal6單片機亦能夠?qū)崟r地把電飯煲溫度數(shù)據(jù)實時采集并判斷電飯煲運行狀態(tài)是否正常,若溫度異常,向遠程控制端發(fā)送報警信息,確保電飯煲能夠平穩(wěn)、安全地達到需要加熱溫度。

3.3家電控制電路的通信模塊

ZigBee模塊具有低成本,低功耗特點??偩€是一種有效的支持分布式控制的串行通信網(wǎng)絡(luò),它具有多主站依據(jù)優(yōu)先權(quán)進行總線訪問、無破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的仲裁和節(jié)點配置靈活的特點。設(shè)計實現(xiàn)框圖如圖2所示。

4 遠程智能家電控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件如何對家電實時、準確遠程控制與通信是本文關(guān)鍵技術(shù)之一,本文基于TCP/IP協(xié)議,軟件采用Winsock開發(fā)C/S程序。即遠程控制端向集中控制端服務(wù)器提出請求,服務(wù)器接收到遠程請求后,提供相應的控制服務(wù)。

4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)

遠程控制端開發(fā)了客戶服務(wù)程序,它可以顯示電飯煲的控制信息和運行狀態(tài),并以預定的頻率刷新信息。在集中控制端開發(fā)了服務(wù)程序,當有控制請求時,必須讓服務(wù)器程序自動觸發(fā),此服務(wù)器定時向客戶發(fā)送進程更新。例如,要監(jiān)控電飯煲5個狀態(tài),就需要5個遠程服務(wù)進程。這些進程周期地發(fā)送進程更新。如圖3所示,軟件采用流式套接字(SOCK—STREAM)編程,實現(xiàn)了面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),數(shù)據(jù)無差錯,無重復的發(fā)送,且按順序接收。保證了控制信號的實時性和準確性。

家電反饋信息主要包括家電運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)錯誤的報警。電飯煲的加熱溫度可用溫度傳感器實時測量返回,返回的溫度數(shù)據(jù)可在遠程控制端上進行查詢,為用戶下一步操作提供參考。

4.2遠程控制端用戶界面設(shè)計與實現(xiàn)

遠程控制端用戶界面包括控制信息記錄,控制家電目錄,服務(wù)器IP地址127.0.0.1,服務(wù)6000,連接服務(wù)器。信息記錄界面顯示家電控制令發(fā)送、家電運行狀態(tài)和報警信息等,控制家電目錄可對控制對象。界面采用MFC AppWizar個基于MFC的單文檔界面(SDI)實現(xiàn)。建戶界面如圖4所示。

遠程控制實驗中,電飯煲加熱溫度變化曲線如圖5所示。

5 結(jié)束語

以電飯煲為例,給出了一種基于Internet程家電控制系統(tǒng),闡述了系統(tǒng)設(shè)計方案,詳細介紹了遠程家電控制過程、系統(tǒng)硬件實用性和遠程控制的實現(xiàn)方法。遠程控制發(fā)送開機命令后,由遠程控制端記錄的電飯煲加熱溫度數(shù)據(jù)曲線。試驗結(jié)果表明:該系統(tǒng)能夠很好地對電飯煲實現(xiàn)遠程控制,電飯煲的運行狀態(tài)也能實時地遠程查詢,系統(tǒng)易于操作、性能穩(wěn)定。

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