基于ZigBee的紅外空調控制

摘要：基于實(shí)現紅外空調智能化控制的目的，提出了采用ZigBee技術(shù)對空調進(jìn)行紅外控制的方法。通過(guò)對ZigBee控制原理和實(shí)現的分析以及空調紅外編碼的分析，系統在IAR開(kāi)發(fā)環(huán)境下編程實(shí)現一系列功能。結合PC端串口助手給ZigBee協(xié)調器發(fā)送指令，再將指令無(wú)線(xiàn)發(fā)送給ZigBee 終端來(lái)控制空調的試驗，實(shí)驗結果顯示紅外編碼與空調參數是一一對應的，通過(guò)改變紅外編碼，可以實(shí)現對空調溫度、開(kāi)關(guān)機、冷熱風(fēng)等的控制。至此得出利用 ZigBee技術(shù)組建局域網(wǎng)可以實(shí)現紅外空調控制的結論。

關(guān)鍵詞：紅外;空調智能化控制;ZigBee技術(shù);局域網(wǎng)

近幾年來(lái)智能設備不僅在無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域有飛速的發(fā)展，人們對技術(shù)的追求越來(lái)越高，智能化越來(lái)越受到人們的歡迎。用紅外遙控器控制空調雖然已取得相應的成就，但是用紅外遙控器控制空調受到距離和角度的限制，為了解決所出現的問(wèn)題，本設計從紅外編碼、ZigBee組網(wǎng)的原理以及實(shí)現原理和紅外控制電路三方面分析，采用ZigBee星型組網(wǎng)方式以及多方位紅外控制電路，實(shí)現局域網(wǎng)內實(shí)時(shí)、高效的控制空調。

1 紅外編碼的實(shí)現及原理

紅外的編碼是空調控制系統的核心?，F有的紅外遙控包括兩種方式：PWM(脈沖寬度調制)和PPM(脈沖位置調制)。該系統采用PWM的方式，其載波頻率為38 kHz，編碼協(xié)議為NEC協(xié)議。PWM波以發(fā)射紅外載波的占空比代表“0”和“1”，為了節省能量，一般情況下，發(fā)射紅外載波的時(shí)間固定，通過(guò)改變不發(fā)射載波的時(shí)間來(lái)改變占空比。如本文中所描述的格力空調的占空比為1/3，發(fā)射紅外載波的時(shí)間為0.56 ms，以不發(fā)生紅外載波的時(shí)間0.56 ms和1.69 ms來(lái)分別代表“0”和“1”，如圖1。

空調的紅外編碼與電視、音響等不一樣，電視的編碼格式固定，一個(gè)按鍵只有一個(gè)編碼，編碼相對簡(jiǎn)單，而空調必須一次將制冷、溫度、風(fēng)速、定時(shí)等發(fā)送完畢，編碼復雜，如圖2。

2 ZigBee組網(wǎng)原理及通信原理

2.1 ZigBee之間的網(wǎng)絡(luò )連接方式及組網(wǎng)過(guò)程

ZigBee因具有低功耗、低成本、網(wǎng)絡(luò )容量大、安全性高、自組網(wǎng)以及自修復等功能而逐漸成為短距離無(wú)線(xiàn)通信的首選。ZigBee的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構最常見(jiàn)的有3種：星型、樹(shù)型、網(wǎng)狀型。如圖3。本文中采用的是星型網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，由ZigBee協(xié)調器向ZigBee終端節點(diǎn)不經(jīng)過(guò)ZigBee路由器直接向 ZigBee終端節點(diǎn)發(fā)送數據，此網(wǎng)絡(luò )拓撲結構簡(jiǎn)單，發(fā)送和接受數據穩定、可靠。

組建一個(gè)完整的ZigBee星型網(wǎng)絡(luò )包括兩個(gè)步驟：創(chuàng )建網(wǎng)絡(luò )和添加節點(diǎn)。

創(chuàng )建網(wǎng)絡(luò )：第一步，確定一個(gè)ZigBee為協(xié)調器，并確定其沒(méi)有加入到其它的局域網(wǎng)中;第二步，確定的ZigBee協(xié)調器對信道進(jìn)行掃描;第三步，確定的ZigBee協(xié)調器設置網(wǎng)絡(luò )的ID。

添加節點(diǎn)：第一步，加入的節點(diǎn)查找最近的ZigBee協(xié)調器;第二步，加入的節點(diǎn)發(fā)送連接請求給ZigBee協(xié)調器;第三步，ZigBee協(xié)調器接收加入的節點(diǎn)發(fā)送的請求并進(jìn)行處理;第四步，ZigBee協(xié)調器將同意加入的命令存儲起來(lái)并發(fā)給加入的節點(diǎn);第五步，加入的節點(diǎn)接收Z(yǔ)igBee協(xié)調器發(fā)送的同意加入的命令。

2.2 ZigBee之間的互相通信

ZigBee之間相互通信框架圖如圖4所示，它們之間通過(guò)函數

多個(gè)ZigBee通過(guò)識別不同的cID來(lái)接收Z(yǔ)igBee協(xié)調器發(fā)出的信息，達到可靠、穩定的效果。

destAddr：指向目的地址

cID：指ZigBee的發(fā)送序號

buf：指向要發(fā)送的數據

len：指發(fā)送數據的長(cháng)度

3 實(shí)驗仿真與分析

3.1 系統工作框架原理

系統借助PC串口助手，在串口助手上輸入紅外編碼，發(fā)送給ZigBee協(xié)調器，協(xié)調器通過(guò)組網(wǎng)，將編碼信號經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)傳送給ZigBee終端節點(diǎn)，終端節點(diǎn)收到指令后，控制CC25 30芯片的P1.4引腳將紅外編碼發(fā)送出去，隨后將發(fā)送編碼成功信息反饋給協(xié)調器，協(xié)調器通過(guò)串口將信息顯示到串口助手上。如圖5系統框架圖。

3.2 紅外模塊設計

系統采用外部供電的方式給紅外發(fā)射管供電，P1.4引腳的輸出電壓為3.3，當S8050三極管導通工作時(shí)，根據回路、回路，以及紅外發(fā)射管的參數，本文采用Rb=1.5 kΩ，Rc=100Ω，保護紅外發(fā)射管和三極管。紅外模塊電路圖如圖6所示。

3.3 實(shí)驗結果和分析

實(shí)驗結果：當依次輸入制冷模式、開(kāi)空調、風(fēng)速高、掃風(fēng)開(kāi)、睡眠關(guān)、溫度26℃、不定時(shí)后，實(shí)驗結果如圖7所示，遙控編碼如圖8所示。

實(shí)驗分析：將實(shí)驗結果圖與遙控器的紅外編碼圖比較，相差無(wú)異，空調可以正常工作，此實(shí)驗說(shuō)明，紅外模塊的設計是合理的。但是外接電壓經(jīng)過(guò)1小時(shí)供電后，Vcc降低了，紅外的發(fā)射距離受到了影響，有時(shí)空調接收不到信號;同時(shí)紅外發(fā)射管與空調的紅外接收管必須保證一定的角度，空調才能接收到信號，對此進(jìn)行以下改進(jìn)。

3.4 實(shí)驗改進(jìn)

針對2.3中的實(shí)驗的結果分析，為保證紅外長(cháng)距離穩定發(fā)射，在三極管的基極上與電阻并聯(lián)2個(gè)二極管，這樣基極電壓被控制在1.2，三極管的發(fā)射極電壓，保證發(fā)射極電壓為恒定的0.6。解決了因電壓降低不能長(cháng)距離發(fā)送的問(wèn)題。為解決角度的問(wèn)題，在外接電路上再并聯(lián)2個(gè)紅外發(fā)射管，解決了單一方向和角度的問(wèn)題。改善后的電路如圖9所示。

改進(jìn)后再次對實(shí)驗結果進(jìn)行測試，與未修改時(shí)相比波形幾乎沒(méi)有什么變化，經(jīng)過(guò)1小時(shí)供電后，再次進(jìn)行測試，結果顯示，波形穩定。

4 結論

文中提出了一種基于ZigBee的紅外控制空調的方法。該方法摒棄了傳統的利用空調遙控器進(jìn)行空調的方法，簡(jiǎn)化了操作，同時(shí)還得到了空調的反饋信息。將該方法應用于實(shí)驗室智能設備的控制上具有一定的參考價(jià)值。經(jīng)過(guò)對實(shí)驗結果的進(jìn)一步分析，完善紅外發(fā)射電路的設計，達到了理想的控制空調的效果。實(shí)驗表明，本文提出的方法對長(cháng)距離控制實(shí)驗室設備，具有一定的意義。