智能家居空調控制系統的設計

21世紀是信息時(shí)代，各種電信技術(shù)推動(dòng)了人類(lèi)文明的發(fā)展。正是因為通信技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，促使家庭實(shí)現了生活方式更加現代化，居住環(huán)境更加舒適、安全。智能家居控制系統的功能主要包括通信、設備自動(dòng)控制、安全防范3個(gè)方面。隨著(zhù)新技術(shù)和自動(dòng)化的發(fā)展，傳感器的使用量越來(lái)越大，功能越來(lái)越強，各種標準化傳感器模塊的出現給智能家居控制系統的設計提供了便利。智能家居空調控制系統除了能實(shí)現傳統的通過(guò)遙控按鍵控制空調之外，還加入了藍牙、溫度傳感器等模塊，可通過(guò)

手機發(fā)射命令直接控制空調，實(shí)現智能家居系統的遠程控制和自動(dòng)控制。

1 系統整體設計及控制原理

智能家居空調控制系統采用兩種方式控制空調，一種是傳統的遙控按鍵方式，另一種是通過(guò)手機藍牙發(fā)射命令。系統由MSP430單片機、溫度傳感器、紅外模塊、藍牙模塊等幾部分組成，其中MSP430單片機作為系統的主控制器，負責解析按鍵和藍牙傳輸過(guò)來(lái)的信號并作出相關(guān)應答;溫度傳感器用來(lái)感應外界溫度，其設置的溫度范圍是20～26℃，當溫度在此范圍時(shí)，系統可以根據設定好的程序自動(dòng)關(guān)閉空調;當溫度不在這個(gè)范圍時(shí)，系統可通過(guò)按鍵或藍牙來(lái)開(kāi)啟空調并控制空調的各種模式，當溫度不在這一范圍時(shí)也可設置自動(dòng)控制模式，系統會(huì )自動(dòng)開(kāi)啟空調并根據外界溫度自動(dòng)調節溫度，無(wú)需通過(guò)手動(dòng)開(kāi)啟;紅外模塊根據單片機的應答發(fā)射信號來(lái)控制空調;藍牙模塊接收手機發(fā)射的命令并將其傳送給單片機。系統的整體框圖如圖1所示。

1.1 紅外控制原理

紅外信號發(fā)揮作用的基本前提條件是使紅外光在紅外傳感器和空調之間傳輸信號，紅外光位于電磁頻道的不可見(jiàn)部分，紅外控制就是利用波長(cháng)為0.78～1.4μm之間的近紅外線(xiàn)來(lái)傳送控制信號的，如圖2所示。

紅外控制主要由發(fā)送和接收兩個(gè)部分組成。目前大部分家電均采用紅外一體化接收頭來(lái)接收紅外信號。系統發(fā)送端采用MSP430單片機將待發(fā)送的二進(jìn)制信號編碼調制為一系列脈沖串信號，通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)送紅外信號;由空調內置的紅外一體化接收頭接收紅外信號，同時(shí)對信號進(jìn)行放大、檢波、整形得到TTL電平的編碼信號，再送給單片機，經(jīng)單片機解碼并作出相關(guān)應答。發(fā)送和接收示意圖如圖3所示。

1.2 藍牙控制原理

藍牙是一種低功耗的無(wú)線(xiàn)技術(shù)，藍牙技術(shù)的設計初衷是將智能移動(dòng)電話(huà)與筆記本電腦、掌上電腦以及各種數字信息的外部設備用無(wú)線(xiàn)方式連接起來(lái)，取代PC、打印機、傳真機和移動(dòng)電話(huà)等設備上的有線(xiàn)接口，進(jìn)而形成一種個(gè)人網(wǎng)絡(luò )，使得在可達范圍內各種信息化的移動(dòng)便攜設備都能無(wú)縫地共享資源。藍牙具有較強的移動(dòng)性，可應用于多種通信場(chǎng)合。藍牙無(wú)線(xiàn)傳輸通過(guò)RF(2.4 GHz)載波進(jìn)行，功耗低，傳輸速度快，可同時(shí)連接多個(gè)系統。采用藍牙技術(shù)無(wú)需設置，只要兩個(gè)藍牙設備互相進(jìn)入無(wú)線(xiàn)電平所允許的連接范圍內，藍牙協(xié)議就會(huì )自動(dòng)掃描檢測，實(shí)現連接，進(jìn)行信息交換。系統所采用的藍牙設備分別是藍牙模塊和手機，其中藍牙模塊采用3.4 V電源供電，兩者連接后，在一定距離內手機可通過(guò)藍牙串口軟件向藍牙模塊發(fā)射信號，通過(guò)單片機解析，進(jìn)而實(shí)現控制空調。

2 系統硬件與軟件設計

2.1 硬件部分

系統硬件系統主要由MSP430單片機、紅外模塊、藍牙模塊、溫度傳感器模塊構成。系統選用MSP430F149作為主控制器，該型號單片機具有可靠性高、功耗低、擴展靈活、體積小、價(jià)格低和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用于儀器儀表、專(zhuān)用設備智能化管理及過(guò)程控制，有效地提高了控制質(zhì)量，其既要負責藍牙信號的接收，又要給紅外模塊傳輸相應命令;紅外模塊主要在接收到命令之后發(fā)射紅外信號從而控制空調的開(kāi)關(guān);藍牙模塊作為手機和單片機間的一個(gè)信號中轉站，藍牙模塊接收到手機發(fā)來(lái)的命令，傳給單片機，然后單片機對藍牙信號進(jìn)行解析;溫度傳感器用來(lái)感應外界溫度，其設置的溫度范圍是20～26℃，當溫度不在在這個(gè)范圍時(shí)，系統可通過(guò)按鍵模式或者設置自動(dòng)控制模式以及藍牙模式來(lái)控制空調。系統整體連接電路圖如圖5所示。

系統控制的是美的牌空調，因此，需對美的牌遙控器進(jìn)行解碼，遙控器解碼如表1所示。

2.2 軟件設計

系統的軟件主要由兩部分構成，即藍牙信號的接收和紅外信號的發(fā)射。軟件程序設計流程如圖6所示。

3 系統調試與實(shí)現

3.1 藍牙模塊接收手機命令的調試

藍牙模塊使用3.4 V的電源供電，手機打開(kāi)藍牙后和藍牙模塊匹配，通過(guò)手機的藍牙串口軟件向藍牙模塊發(fā)送命令，如“開(kāi)”、“關(guān)”、“自動(dòng)”、“+”“-”等，若能正常發(fā)送，則表明藍牙模塊可正常接收命令，工作狀態(tài)正常;否則，藍牙模塊工作狀態(tài)異常，需重新調試藍牙模塊。

3.2 紅外模塊和溫度傳感器的調試

紅外模塊和溫度傳感器是相連接的，兩者通過(guò)串口與MSP430單片機相連接。溫度傳感器設置的溫度范圍是20～26℃，當溫度在這一范圍時(shí)，系統會(huì )根據設定程序自動(dòng)關(guān)閉空調;當溫度不在這一范圍時(shí)，系統可通過(guò)按鍵模式或手機藍牙模式來(lái)開(kāi)啟空調并控制空調的各種模式，當溫度不在這個(gè)范圍時(shí)也可設置自動(dòng)控制模式，系統會(huì )自動(dòng)開(kāi)啟空調并根據外界溫度自動(dòng)調節溫度，無(wú)需手動(dòng)開(kāi)啟。在室溫時(shí)，若可通過(guò)按鍵模式和藍牙模式來(lái)控制空調，則表明紅外傳感器和溫度傳感器可以正常感知外界溫度和發(fā)射紅外信號，工作狀態(tài)正常;否則，紅外傳感器和溫度傳感器工作狀態(tài)異常，需要重新調試。

3.3 系統整體調試和實(shí)驗結果

調試第一種工作方式，即通過(guò)按鍵方式來(lái)控制空調。先按下設置好的開(kāi)空調按鍵，若空調正常啟動(dòng)，則繼續下一步：按下加溫度按鍵(或減溫度按鍵、自動(dòng)模式按鍵等)，若空調能執行這些按鍵所對應的指令，則表明第一種控制方式可實(shí)現，否則需重新調試。

調試第二種工作方式，即通過(guò)手機來(lái)控制空調。先在手機的藍牙串口軟件上發(fā)送“開(kāi)”命令，如果空調正常啟動(dòng)，則繼續下一步：發(fā)送“+”(或“-”、“自動(dòng)”等)，若空調能執行這些命令，則表明第二種方式可實(shí)現，否則仍需重新調試。

系統經(jīng)上述調試及測試，實(shí)現了空調的啟?？刂?、溫度升降控制以及自動(dòng)控制等功能，可通過(guò)按鍵及手機藍牙兩種方式控制空調。部分實(shí)驗效果圖如圖7所示。

4 結束語(yǔ)

系統結合單片機和紅外傳輸、藍牙通信等技術(shù)，用MSP430系列單片機作為主控制器，充分利用了該系列單片機低功耗、資源豐富等優(yōu)勢，與紅外模塊和藍牙模塊相結合，應用于空調控制，擴展了家居控制的智能化程度。系統架構在智能家居控制及服務(wù)領(lǐng)域有著(zhù)較廣闊的應用前景，下一步可以融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)展開(kāi)研究。