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1、一种远程智能家电控制系统设计与实现.txt一个人一盒烟一 台 电 脑 过 一 天 一 个 人一瓶酒一盘蚕豆过一宿。永远扛不住女人的小脾气，女人永远抵不住男人的花言巧语。本文由 mrchrsh 贡献 pdf文档可能在WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT ，或下载源文件到本机查看。自动控制与 检 测一种远程智能家电控制系统设计与实现汪 刚, 张福斌 , 陈宇航 , 张永清 ( 西北工业大学航海学院, 陕西西安 710072) T he Desig n and Im plementation of a Remote Int elligent A ppliance Control Syst e
2、m WANG Gang, ZHANG Fu bin, CHEN Yu hang, ZHANG Yong qing ( Scho ol o f M ar ine Engineer ing, No rthw est er n Polytechnical U niv ersity , Xi an 710072, China) 摘要 : 针对家电控制和远程智能控制问题, 设计了一种基于 CAN 总线和 ZigBee 技术的远程智能控制系统 , 阐述了该系统的方案设计, 给出了系统的主要软、 硬件设计构成及原理框图 , 详细介绍了系统主要功能模块的作用和工作原理。最后给出该系统在实验室的实验结果。关键词
3、 : 家电控制 ; 远程智能控制 ; 智能家电 ; CAN 总线 ; Z ig Bee 技术中图分类号 : T P271 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 2257( 2010) 11 0051 03 Abstract: For t he problems of househo ld appli ances int elligent cont ro l and rem ot e int el lig ent co n t ro l. In t his paper, a household appliances intelli g ent contr ol system is desi
4、g ned based o n CAN bus and ZigBee technolog y. T he syst em design is illus t rat ed. T he main sof t w ar e blo ck diag rams and t he hardw ar e structure o f the system are present ed, and the main funct ions and w orking principles o f the major f unctio nal segments o f the syst em ar e describ
5、ed detail. F inally, t he ex perimental result s of t he syst em in t he labo rat or y are given out. Key words: ho usehold appliances cont ro l; re m ot e int elligent cont rol; int elligent household ap pliances; CAN Bus; Zig Bee t echno logy 技术相融合 , 在更大程度上实现家庭生活的信息化和智能化 , 满足人们舒适、高节奏的生活需要。使所有的消费电子
6、类产品具备连入网络的能力, 这也是家用电器未来的发展趋势。目前对智能家电领域研究有电话/ 手机网络的远程控制 1 , 基于互联网络的智能家电软件设计 2 等。 但一般家电智能控制存在成本高、可靠性差 , 系 统设计冗余等缺点。本文针对以上问题, 提出了基于网 络技术、 CAN 总 线 技术术 4 3 和 Zig Bee 无线技的控制系统设计, 着重解决了 ZigBee 无线和网络传输数据的 , 设计了一种简单、低成本硬件设计方案, 并在实验室搭建了试验平台, 验证了控制效果。 1 远程智能家电控制系统的基本组成在达到性能指标要求的情况下, 为了尽可能地降低成本 , 整个系统尽可能使用常用家电设
7、备 , 以使 系统简单、易操作和低成本。控制系统分为: a. 远程控制端。包括个人手机和个人电脑的远程控制。 b. 集中控制端。包括家用电脑和 RS232 CAN 转接口。 c. 家电控制端。 包括 Z igBee 无线控制和 CAN 总线的有线控制。用户可使用远程控制端发送控制指令 , 控制指令通过互联网络到集中控制端的家用电脑, 再由家用电脑把指令发送到所需控制的家电终端, 例如冰箱、 空调和电饭煲等。 同时家用电脑作为集中控制的主机 , 实时给远程控制终端返回家电的运行状态, 供用户远程控制查询。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - -
8、 - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 0 引言计算机网络、通信和控制技术的发展使家电的集中和远程智能控制成为可能, 将信息技术和家电收稿日期 : 2010 07 06 基金项目 : 西 北 工业 大 学 航 海杯 ! 科 技 创新大 赛 重点 资助项 目 ( 2009 8) 2 远程智能家电控制系统的设计实现系统设计实现主要包括: 远程控制端、远程控制的网络编程实现、集中控制端的控制软件实现和家 ? 51 ? # 机械与电子 ? 2010( 11) 电控制端的控制电路实现。本文以家用电器常用的电饭煲为例 ,
9、介绍系统的实现方法。用户的控制界面显示电饭煲相关控制信息, 例如开机、关机、保温和调温等控制功能。首先 , 用户依据远程控制界面查询到的电饭煲当前工作状态, 例如关机 , 以确定所需要的操作 , 如开机。此时远程控制端的 P C 机通过互联网路由器发送电饭煲的开机指令, 在集中控制端的控制软件监听到网络发来的开机指令, 然后把指令发送到电饭煲的控制电路, 最后由控制电路实现控制操作。同样, 电饭煲的反馈温度等运行状态信息也可通过远程控制端实时查询。 3. 1 家电控制电路的供电模块由于家用电源为 220 V 交流 , 系统供电模块要求把220 V 家用交流电转换为 5 V 直流供电电源 , 本
10、文采用 A C DC 电源模块 MXA ( S) 2. 5S5NI, 它具有低输出噪声, 165 265VAC 宽输入电压范围, 输 入对输出电压隔离等特性, 以上特性达到系统供电要求。 3. 2 家电控制电路的控制模块考虑到控制功能的实现和系统成本, 采用 At mega16 单片机作为控制微处理中心。At m eg a16 接 收到远程控制端的控制指令信息 , 通过其数字 I/ O 口输出电平高低变化, 控制开关电路的继电器的功能切换 , 实现远程开机、关机和调温等状态的切换控制。 At mega16 单片机亦能够实时地把电饭煲温度数据实时采集并判断电饭煲运行状态是否正常, 若 温度异常
11、, 向远程控制端发送报警信息, 确保电饭煲能够平稳、安全地达到需要加热温度。 3. 3 家电控制电路的通信模块 ZigBee 模块具有低成本, 低功耗 特点。 CAN 总线是一种有效的支持分布式控制的串行通信网络, 它具有多主站依据优先权进行总线访问、无破坏性的基于优先权的仲裁和节点配置灵活的特点。设计实现框图如图 2 所示。 3 远程智能家电控制系统的硬件设计 5 远程智能家电控制的硬件系统主要是家电的控制电路。 它由供电模块、控制模块、通信模块、传 感器和开关电路组成。其中供电模块采用北京明鑫公司的 MXA ( S) 2. 5S5NI, 控 制 模 块 采 用 At 6 m eg a16A
12、L 单 片 机 , CAN 通 信 模 块 采 用 MCP2515 为CAN 控制器 , 高速光偶 6N137 作为隔离电路 , P CA 82C250T 作为 CAN 接口控制器 , 采用MAX232 作为 RS232 串口的通信芯片。硬件实现原理框图如图 1 所示。图 2 家电控制电路的通信模块原理图 1 控制系统的硬件设计实现框图家电控制电路设计尽可能地简单、可靠、 低成本并具有可扩展性。 控 制电路总计由 3 个集成块组成, 结构简单 , 功能成熟可靠, 易维护。整个电路成本低 ( 如表 1 所示 ) , 单个控制电路零售成本= 集成块价格 + 电阻电容价格 + 制版费 , 小于 25
13、 元。 At m eg a16 集成 4 组 I/ O 口, 还有 16 路预留 , 可实现功能扩展。表 1 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - 器件名称 A t mega16 CA N 控制器 Zig Bee 模块 4 远程智能家电控制系统的软件设计系统软件如何对家电实时、准确远程控制与通信是本文关键技术之一, 本文基于 T CP/ IP 协议 , 软 件采用 Winso ck 开发 C/ S 程序。即远程控制端向
14、集中控制端服务器提出请求 , 服务器接收到远程请求后 , 提供相应的控制服务。 4. 1 系统软件设计与实现远程控制端开发了客户服务程序, 它可以显示电饭煲的控制信息和运行状态, 并以预定的频率刷新信息。在集中控制端开发了服务程序, 当有控制请求时 , 必须让服务器程序自动触发, 此服务器定时向客户发送进程更新。例如, 要监控电饭煲 5 个状 #机械与电子 ? 2010( 11) 家电控制电路的成本估算数量 1 个 1 个 1 个 零售单价 ( 元) 8 2 10 52 ? 态, 就需要 5 个远程服务进程。这些进程周期地发送进程更新。如图 3 所示 , 软件采用流式套接字 ( SOCK_ST
15、 REAM ) 编程 , 实现了面向连接、可靠的数据传输服务, 数据无差错 , 无重复的发送 , 且按顺序接收。保证了控制信号的实时性和准确性。远程控制实验中, 电饭煲加热温度变化曲线如图 5 所示。图 5 电饭煲加热温度变化曲线 5 结束语以电饭煲为例 , 给出了一种基于 Internet 的远程家电控制系统, 阐述了系统设计方案, 详细介绍了图 3 控制系统的软件设计流程远程家电控制过程、系统硬件实用性和远程控制的实现方法。远程控制发送开机命令后, 由远程控制端记录的电饭煲加热温度数据曲线。试验结果表明: 该系统能够很好地对电饭煲实现远程控制, 电饭 煲的运行状态也能实时地远程查询, 系统
16、易于操作、性能稳定。参考文献 : 1 2 3 4 5 6 周留杨 , 等. 基 于复合通讯方式的远程智能家居 系 统 J . 计算机工程及应用, 2007, 43( 4) : 227- 230. 黄美春 , 汪雄海 , 等 . 基于 网络的家电智能控制系统设 计与实现 J . 计算机网络控制, 2008, 30( 3) : 55- 57. 邬宽明, 等 . CA N 总 线 原理和 应用系统 设 计 M . 北 京: 北京航空航天大学, 2002. Zig Bee 技术手册 Z . 梁 恩 主, 梁 恩 维 . P ro tel99SE 电 路 设 计 与仿 真 应 用 M . 北京 : 清华
17、大学出版社 , 2001. 周兴华 . A V R 单片机 C 语言高级程序设计 M . 北京 : 中国电力出版社 , 2008. 作者简介 : 汪 刚 ( 1981 - ) , 男 , 陕西延安人 , 硕 士研究生, 研究方向为控制系统设计; 张福斌授, 研究方向为控制与导航技术。 ( 1972- ) , 男, 辽宁黑山人 , 副教家电反馈信息主要包括家电运行状态和数据错误的报警。电饭煲的加热温度可用温度传感器实时测量返回 , 返回的温度数据可在远程控制端上进行查询 , 为用户下一步操作提供参考。 4. 2 远程控制端用户界面设计与实现远程控制端用户界面包括控制信息记录, 控制家电目录 ,
18、服务器 IP 地 址 127. 0. 0. 1, 服务器端口 6000, 连接服务器。信息记录界面显示家电控制指令发送、家电运行状态和报警信息等, 控制家电目录可对控制对象。 界面采用 M FC AppWizard 创建一个基于 MF C 的单文档界面 ( SDI) 实现。建立的用户界面如图 4 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - 图 4 M F C 开发的远程控制端用户界面 # 机械与电子 ? 2010( 11) 53 ? 1 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -