基于WiFi的家用智能遙控器開發(fā)設計

一、引言

由于紅外遙控器價格低廉、技術成熟等優(yōu)點，許多智能家電設備仍普遍采用紅外遙控器進行控制，包括電視、空調(diào)、DVD機、電視機頂盒等等。然而，隨著家庭中智能家電設備的增多，紅外遙控器數(shù)量也在增加，一個家庭使用的遙控器數(shù)量少則數(shù)個，多則十幾個，這會帶來三大問題：

(1)數(shù)量眾多的遙控器給使用者帶來使用和管理上的不便;

(2)紅外遙控器使用的一次性堿性電池，廢棄后給環(huán)境帶來極大的危害;

(3)遙控器意外損壞后，很難找到匹配的遙控器。

基于安卓手機WiFi的家用智能遙控器，可同時控制多個不同品牌不同型號的家用電器，取代傳統(tǒng)的實物遙控器，實現(xiàn)“一個家庭只需一個遙控器即可控制所有紅外遙控的家電設備”的目標，極大減少遙控器數(shù)量和一次性電池的使用量，為人們創(chuàng)造便捷舒適、環(huán)保節(jié)能的居家環(huán)境。

二、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

整個系統(tǒng)主要包括客戶端軟件、WiFi轉(zhuǎn)紅外模塊，如圖1所示。客戶端軟件通過WiFi,將已編碼的數(shù)據(jù)通過WiFi傳送至WiFi轉(zhuǎn)紅外模塊，然后WiFi轉(zhuǎn)紅外模塊根據(jù)編碼規(guī)則，傳遞指令至內(nèi)部紅外發(fā)射模塊，實現(xiàn)紅外數(shù)據(jù)的發(fā)送。

(一)家用智能遙控器客戶端的構(gòu)成

1.鍵碼數(shù)據(jù)包的采集與設計

(1)鍵碼數(shù)據(jù)包的采集

紅外遙控器的編碼格式通常有NEC.

NEC格式的特征：使用38kHz載波頻率，引導碼間隔是9ms+4.5ms,使用16位客戶代碼，使用8位數(shù)據(jù)代碼和8位取反的數(shù)據(jù)代碼。

隨著家庭電器種類、型號的不斷增多，相對應的遙控器也隨之增加，為了便于管理、存取與更新家電遙控器的紅外代碼，需要為繁多冗雜的代碼建立一個數(shù)據(jù)包。

(2)遙控器按鍵數(shù)據(jù)包的設計

由于紅外協(xié)議各不相同，并且又相互不兼容，所以直接發(fā)送紅外數(shù)據(jù)會導致WiFI轉(zhuǎn)紅外模塊處理十分繁瑣。因此，收集多種紅外協(xié)議數(shù)據(jù)，按照自定義編碼規(guī)則，將多種協(xié)議編碼化，并保存于后臺數(shù)據(jù)庫。

為了實現(xiàn)按鍵界面與遙控器數(shù)據(jù)包的匹配，定義數(shù)據(jù)包格式如下：

文件起始標志位4位。

鍵碼屬性128位：設備的信息，訪問中文字庫編碼、ASCII碼。

載波頻率4位：35-42kHz;分辨率0.5kHz,以適應不同載波的遙控器。

鍵碼編碼：對遙控器界面軟件的所有按鍵進行編碼，鍵碼位數(shù)根據(jù)實際紅外協(xié)議確定。

2.遙控器界面軟件的設計

(1)數(shù)據(jù)庫設計

安卓操作系統(tǒng)采用標準SQLite數(shù)據(jù)庫，提供管理數(shù)據(jù)庫相關的API.利用SQLiteOpenHelper類中的onCreate()Call Back方法以及onUpdate()Call Back方法創(chuàng)建與打開各種遙控器紅外代碼表Table,存進數(shù)據(jù)庫中，方便數(shù)據(jù)的及時更新。

(2)按鍵與數(shù)據(jù)包匹配

在手機界面中，每個按鍵都與其相對應的紅外代碼相匹配，即按鍵功能與數(shù)據(jù)庫中各種遙控器數(shù)據(jù)相連接。通過調(diào)用getReadableDatabase()方法當用戶按下按鍵時，軟件會查找數(shù)據(jù)包，將與該按鍵相連的數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)，即相對應的控制家電的紅外代碼以WiFi的形式發(fā)送至WiFi轉(zhuǎn)紅外模塊。

(二)WiFi轉(zhuǎn)紅外模塊

本模塊負責數(shù)據(jù)接收、紅外發(fā)射。包含WiFi數(shù)據(jù)接收與傳送、串口數(shù)據(jù)解析、紅外電平發(fā)射。采用WiFi芯片USR-WIFI232,提供WiFi信號及獲得客戶端所發(fā)送數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)通過串口傳送至中控CPU.

本模塊內(nèi)部采用單片機作為中控CPU,處理編碼化數(shù)據(jù)與紅外協(xié)議的轉(zhuǎn)化。由于單片機價格低廉，資源足夠，功能滿足中控CPU的需求，因此，采用單片機作為中控CPU.在單片機程序中設置多個紅外協(xié)議入口點，當編碼化的數(shù)據(jù)傳送至單片機后，按照自定義的編碼規(guī)則，尋找對應的紅外協(xié)議入口，從而發(fā)射對應的紅外電平。

中控CPU功能硬件電路由單片機最小系統(tǒng)及紅外發(fā)射電路成。在中控CPU程序中，包含定時器功能、串口數(shù)據(jù)讀取功能、紅外電平控制功能。中控CPU的程序流程圖如圖2.定時器功能主要是用于產(chǎn)生載波，并與紅外信號疊加，從而提高紅外信號在空氣中傳播的抗干擾能力。串口數(shù)據(jù)讀取，將WiFi芯片傳遞的數(shù)據(jù)加以分析，按照自定義的編碼規(guī)則，進入不同的紅外協(xié)議功能函數(shù)。紅外電平控制功能，實現(xiàn)具體的紅外協(xié)議函數(shù)，通過串口讀取功能提供的數(shù)據(jù)，發(fā)射出匹配的紅外信號。

三、實驗測試

本次試驗采用專用的紅外測試儀器，可以監(jiān)測到紅外信號并將其波形顯示出來。采用安裝客戶端的安卓手機及WiFi轉(zhuǎn)紅外模塊，對比于實物遙控器。將實物遙控器、WiFi轉(zhuǎn)紅外模塊都對準紅外測試儀器。按下實物遙控器的某個按鍵之后，觀察紅外測試儀器顯示的波形，如圖3所示;接著按下安卓手機上對應的遙控器按鍵后，觀察紅外測試儀器上的波形，如圖4所示。

由圖3、圖4可以看得出，安裝客戶端的安卓手機及WiFi轉(zhuǎn)紅外模塊可以實現(xiàn)實物遙控器的功能。

四、結(jié)束語

本項目設計的運行在安卓手機上的新型遙控器，實測數(shù)據(jù)證明，其實現(xiàn)的功能與原配的實物遙控器性能一致，完全可以取代現(xiàn)有的各種實物遙控器，實現(xiàn)實物遙控設備數(shù)據(jù)化，降低成本。由于它基于安卓手機平臺，具有成本低、擴展好、“一機多控”、環(huán)保、智能等優(yōu)點，作品成熟后，具有較高的市場應有價值。