基于智能终端的网络遥控器设计

引言

随着经济社会的发展，家用电器多种多样。红外遥控的简单和稳定性能使实物遥控器使用得到普及。通过浏览家居智能控制的发展动态，发现传统遥控器仍存在以下三个方面的问题：首先，遥控器在使用中需定期更换电池，多种遥控器易混淆、易损坏和易丢失；其次，遥控器的有效范围仅限于一间房屋内，控制距离短，从而降低了管理的灵活性；此外,当前虽然针对智能遥控器的设计很多，但是，客户端单一，并且更新维护工作繁冗。

网络遥控器可解决传统遥控器存在的问题，实现远程控制家用电器的功能。云服务器的大存储、快速数据处理和弹性扩展的能力，使系统更加容易推广普及。通过对智能终端、云服务器、网络和嵌入式等理论知识的整合，验证了系统的合理性和可操作性并利用相关的开发工具进行系统的详细设计和调试工作。目前完成了硬件模块的设计和调试，本文着重讲述系统整体结构和相关模块的关键技术。

1系统结构

本系统主要由智能终端、云服务器和遥控器三部分组成,，其中，智能终端如手机、平板和PC机，可根据不同的系统利用面向对象的思想编写相应的APR软件端通过Socket编程实现与云服务器的通信传输。云服务器用于存储所有家电红外控制协议并将来自APP按键数据包与之匹配，并将信息包通过网络路由送至遥控器。云服务器模拟了数据库和数据处理的功能，拥有更新快、成本低和性能稳定等优点。网络遥控器将接收到的网络的数据包进行解析并送红外发射模块完成网络远程遥控的功能，其系统结构如图1所示。

系统拥有无障碍、远距离遥控等智能化功能。譬如，在夏季人们再不会被刚进家门的闷热空气所困扰，只需提前操作智能终端的软件就能调节好空调到家即可享受舒适的环境。遥控器硬件利用Proteus进行电路设计结合ADS开发工具完成遥控器硬件仿真工作。

2客户端软件设计

目前，应用最广的智能设备基于Android或IOS系统。使用Java或Object-c语言并结合Eclipse或GNUstep开发工具进行软件编程和调试。全模拟物理遥控器界面和按键的布局，按键编码位应根据不同的设备进行编码，键码位数根据不同的红外协议设定。每个按键都与相应的红外代码相匹配,当软件界面的某个按键按下时系统通过Socket网络编程将键码位数据包传递到云服务器。

3云服务器的部署

系统中的云服务器主要实现数据包存储、命令的解析和更新不同的红外协议的功能。云服务器是一种处理能力可弹性伸缩的计算服务，其管理方式简单有效，可构建更安全、更可靠的服务。系统中部署云服务器减少了家电更新带来复杂流程，降低了系统维护成本，消除了客户数量限制和遥控中的安全风险。云服务器通过网络通信接收按键数据包并将收到的信息与库中的自定义数据包进行匹配，最后通过通信接口送至网络遥控器端。由于不同家电红外协议各不相同并且互不兼容，若直接发射红外协议数据包会导致网络数据包转红外协议处理十分的复杂。可以自定义编码规则与红外协议库相对应,为实现按键数据包与协议数据包的映射关系，可以自定义协议数据包的格式：包括4位的文件标志位、按键标志位(如设备信息位、访问中文字和ASCII库位)、载波频率和分辨率位,以适用各种红外协议。

4网络遥控器的硬件设计

4.1ARM微型系统

该网络遥控器采用32位的ARM作为中控芯片，系统采用ARM芯片不仅具有廉价和功耗低的优点，而且能够兼容家用所有码长的红外信号，其ARM微型系统的模块图见图2所示。CPU主要实现定时器功能、中断控制、串口数据读写功能、转红外电平功能。定时器用于产生一定频率的载波信号与红外信号叠加从而增加红外信号在传输中的抗干扰能力。接收或发送完一帧数据后产生一定的中断以便进行后续的处理。硬件部分主要包括通过双绞线或Wi-Fi接收网络数据接口模块，网络数据转红外信号模块和红外发射模块。其中，网络接收模块实现与以太网的互联并完成网络数据的接收；转红外模块根据收到的网络数据包匹配相应红夕卜协议处理函数产生对应的红外信号。

4.2红外处理模块设计

红外遥控器因便捷、价格低廉和功能齐全等优势而广泛用于电视机、空调、灯饰和智能插座等家用电器，遥控器的发射的信号由一串0和1的二进制代码组成，不同的芯片对0和1编码的方式不同，常见的有曼彻斯特编码和脉冲宽度编码，红外遥控器使用的PWM(脉冲宽度编码)，二进制0码由0.56ms宽的低电平和0.56ms宽的高电平组合而成，脉冲宽度为1.12ms。二进制1码由0.56ms的低电平和1.69ms的高电平组合而成，脉冲宽度为2.25ms。解码端通过脉冲宽度辨别出0或1码。

遥控器发射的每帧数据共包括五部分如图3所示。分别为引导码、地址码、地址反码、数据码和数据反码。引导码标示了一帧数据的开始，一般使用4.5ms宽的低电平和4.5ms宽的高电平表示。地址码是为了区分不同的设备，防止不同电器的控制信号出现干扰的问题，同一遥控器上的所有键值的地址码应是相同的。地址反码是为防止信号异常而设置的校验码。数据码共8位，有256种可能的状态分别代表同一遥控器上不同的按键，同理数据反码也是为检验数据正确性而设置的。

网络遥控器采用ARM的32位芯片，能兼容任何码长的红外信号，工作时首先将接收的网络信号转换为红外信号后,利用载波信号(频率为35~42kHz)通过红外发射模块送至电器设备，实现了智能终端远程遥控家用电器的功能。红外发射模块电路如图4所示，红外发射模块物理结构采用球形布局避免了信号死角区的出现，增强了信号的可靠性。

通过对系统总体结构的设计和各个模块关键技术的突破，已经完成了遥控器的硬件的调试工作，后续主要工作是客户端软件的具体编写。为能够做出实际产品予以推广使用，系统还有许多细节需要突破和努力，但整体的原理和结构不会发生变化，存在不妥的地方愿读者批评指正。希望在共同的学习和交流中尽快完成网络遥控器所有设计工作并达到低成本和易维护的目的。同时，感谢老师和同学们在系统设计过程中的提供的指导和建议。

20211124_619d12b20a20f__基于智能终端的网络遥控器设计