基于紅外線智能家電控制系統及電源功耗分析

周蕾

(唐山工業職業技術學院，河北唐山063020)

基于紅外線智能家電控制系統及電源功耗分析

周蕾

(唐山工業職業技術學院，河北唐山063020)

智能家電已成為家庭信息化的一種潮流。智能家電系統性能的好壞對智能家居產業的發展具有重大的意義。采用物聯網的技術觀點，利用以紅外線遙控為主、其他低功耗射頻技術為輔的組網方式，構建了基于智能家電的無線傳感網，形成了以8051單片機為控制核心的智能家電控制系統。該系統具有運行穩定、功耗低、電磁輻射小等優點。

智能家居；物聯網；紅外遙控；無線傳感網

智能家居是現代家居革命的領軍者，它的目標是通過各種成熟的技術手段實現對居家環境、家用電器的智能控制。在這其中，物聯網(Internet of Things)技術的發展為智能家居的完善提供了良好的基礎。物聯網技術是在計算機、通信技術的基礎上，利用各種無線通信技術所構建的以“物與物的交流”為中心的網絡控制世界。在這個世界中，人的干預只是其中一個環節，并不是系統的主體，系統的運行是依照自動控制理論所界定的范疇自動運行[1]。

智能家居的主體是各種家用電器，因此，整個控制的主體是家電本身。所提供的功能主要是空調、熱水器、照明、窗簾、防盜報警及其他家用電器的遠程控制或可編程定時控制等。這些功能的實現，都離不開物聯網技術的支持。

在物聯網技術中，物與物之間的交流依賴網絡形成一個整體。在智能家居中，可用的網絡體系有Wifi、藍牙、ZigBee、紅外等多種形式。這幾種形式都可以構建無線傳感網，從而實現物與物之間的交流系統。然而這幾種技術又各有側重，具體性能如表1所示[2]。從節能、環保、可靠等角度出發，本文選用紅外線控制作為主控方式，Wifi+ZigBee作為輔助方式，構建出一套低功耗、靈活性強的智能家電控制系統。

表1 幾種短距離技術對比分析

1 智能家電控制系統功能設計

智能家電控制系統的功能主要集中在兩個方面，其一是家庭設備的自動及遠程控制功能，其二是家用電器的安全運行預警功能。本設計以STC89C52和CC2530芯片為控制核心，底層由家居環境溫濕度傳感器、光敏傳感器、繼電器、步進電機、紅外線發射器、紅外線接收器組成，主要的控制對象有空調、照明系統、窗簾、熱水器、微波爐、視聽音響等。系統的結構如圖1～圖5所示。

圖1與圖2為窗簾的控制設計，有兩種方式，一種是利用紅外遙控發射信號窗簾控制信號，由步進電機控制窗簾的開啟和關閉；另一種方式是自動控制功能，由光敏傳感器采集光線，當光線暗下來時，單片機向步進電機發出指令，令其關閉窗簾，當光線亮起來時，單片機向步進電機發出開啟窗簾的指令。兩種方式互為補充，也可結合在一起使用。

圖3與圖4為空調的控制設計，同樣也有兩種方式，不同的是自動控制中的傳感器換成了監測室內溫濕度的溫濕度傳感器，而執行機構由步進電機換成了繼電器。

圖1 窗簾的紅外控制

圖2 窗簾的自動控制

圖3 空調的紅外控制

圖4 空調的自動控制

如圖5所示，照明是整個家居中分布較廣且應控制終端較多的系統。在本設計中，照明控制系統結合了三種短距離通信方式：紅外、ZigBee、Wifi。具體過程為：由ZigBee節點構成星形無線傳感網(WSN)，節點采用CC2530，整個無線傳感網由一個協調器和若干個終端節點組成，節點上連接紅外接收器和繼電器，用紅外方式控制和用繼電器控制照明燈具；協調器節點上安裝Wifi模塊，利用Wifi和手機通信。

圖5 照明控制系統

整個智能家電的控制系統還包括其他模塊，其基本原理和以上的模塊功能相似，不再贅述。

基于以紅外為主的通信網絡，由于紅外線屬于短距離通信，其需要的通信能量相應較低。而且輔助的ZigBee方式也是低功耗的通信方式，因此，基于紅外的智能家電控制系統對電源的要求不是很高，具有一定的節能性。

2 紅外控制的實現

本設計的控制主體采用紅外技術，選用的紅外遙控發射芯片為WD6122。該芯片采用CMOS工藝制造，最多可外接64個按鍵，并有3組雙重按鍵，其主要結構如圖6所示。

圖6 WD6122結構

在單片機中，紅外信號以中斷的形式出現，具體代碼為：

3 總結

窗簾可以自動感知光線而進行開啟和關閉，空調依據室內溫度而自動調節，這些都是智能家居的重要組成部分。本設計采用以紅外線為主的無線傳感網技術實現了智能家電的控制功能，論述了其相應的硬件組成和軟件設計，對實際應用具有良好的指導作用。

[1]高曉苗.淺談智能家居的設計[J]．信息與電腦，2012(1)：36-38.

[2]楊峰.智能家居信息平臺的設計[D]．杭州：杭州電子科技大學，2009：6-10.

Intelligent home appliance control system based on IrDA and power consumption analysis

An intelligent home appliance has become a trend of family information.The performance of intelligent home appliance system is of great significance to the development of smart home industry.The technology of Internet of things was adopted;IrDA remote control and other low power radio frequency technology were used to build a wireless sensor network based on intelligent home appliances.The intelligent home appliance control system was formed with the 8051 single chip microcomputer as the core.The system has many advantages such as stable operation,low power consumption and low electromagnetic radiation.

smart home appliance;Internet of things;IrDA remote control;WSN

TM 727

A

1002-087 X(2016)06-1304-03

2016-01-20

周蕾(1968—)，女，河北省人，副教授，主要研究方向為自動化控制。