【期刊】基于Internet和电力线载波的智能家电控制系统

基于基于基于基于Internet和电力线载波的智能家电控制系统和电力线载波的智能家电控制系统和电力线载波的智能家电控制系统和电力线载波的智能家电控制系统比赛编号：__A10617__________日期：__2002-10-7_______设计者情况：设计者情况：设计者情况：设计者情况：（1）姓名：钱恭斌（中文）Qiangongbin（英文）职业：副教授（2）姓名：黄燕辉（中文）Huangyanhui（英文）职业：学生（3）姓名：李德忠（中文）Lidezhong（英文）职业：学生（4）姓名：周光华（中文）Zhouguanghua（英文）职业：学生联系方式：联系方式：联系方式：联系方式：联系人：钱恭斌电子邮件：[e-mail]基于基于基于基于Internet和电力线载波的智能家电控制系统和电力线载波的智能家电控制系统和电力线载波的智能家电控制系统和电力线载波的智能家电控制系统摘要：摘要：摘要：摘要：本文介绍一种基于Internet和电力线载波的智能家电控制系统，本系统使用MotorolaMC68HC908GR8单片机为核心，结合网络通信和电力线载波技术，对传统家电嵌入单片机系统，实现家电的网络化、智能化。关键词：关键词：关键词：关键词：智能家电、电力线载波、单片机1、、、、引言引言引言引言实现家用电器的网络化、智能化是人们多年的梦想。因为网络化、智能化革新的概念加入到家电中后，可以形成新的热点，产生新的需求也是众多家用电器生产厂商努力研发的方向之一。随着现代科技的发展，各式各样的家电已经普及到每个家庭当中，然而这些家电的使用和运行都是各自独立的，本系统设计的目的就是把这些独立的家电通过电力线连成一个网络，以便于操作和使用。近几年来，计算机技术在迅速发展，其中以Internet为标志的计算机通信网络的飞速发展，使人们的生活与工作方式甚至思维方式都发生了很大的变化，各种新技术、新产品层出不穷，我们研制的基于Internet和电力线载波的智能家电控制系统就是将计算机技术、控制技术、电力线载波通信技术融合到传统的家电中，实现家电的网络化、智能化。通过本系统，可以在家庭里的计算机或Internet网络上的计算机控制家里所有的电器。2、系统特性、系统特性、系统特性、系统特性本文介绍的基于Internet和电力线的智能家电控制系统通过对传统家电嵌入单片机系统、利用现有Internet和电力线资源，实现家电网络化、智能化。它具有如下特性：1、以MotorolaMC68HC908GR8单片机为核心控制模块。2、以家里电脑为服务器，可通过Internet远程控制家里的任何电器工作。3、通过现有电力线资源在一套房内传送数据，既提高电力线利用率，又使得本系统使用方便。4、可以采样所有家电遥控器的红外信号并保存到EEPROM中，而且通过本系统的红外发射模块可以控制所有具有红外线遥控功能的家电。5、可通过RS232串行接口控制电器。6、提供几组继电器开关（可扩展），用来控制家电的开关，比如控制电灯的开关。7、具有很强的扩展能力，可以很方便嵌入防盗报警等功能。本系统是单片机系统，且又有电脑软件支持，因此本系统灵活性极强，可以通过电脑软件的设计来满足客户的不同要求。3、系统工作原理、系统工作原理、系统工作原理、系统工作原理系统总图如图3所示，整个系统是由客户端PC、服务器PC、Master模块、和若干Slaver模块组成。客户端PC可以是任意一台连接在Internet上的计算机，安装Windows98或Windows98以上操作系统平台和相应的客户端软件。服务器PC也得有Windows98或Windows98以上的系统平台，并且必须安装相应的服务器软件。Master模块是服务器与Slaver模块通讯的桥梁，它的一端通过串行口与服务器相连，另一端通过电力线与Slaver模块连HC80GR8串行口接在一起。Slaver模块主要用于发射红外线、控制开关或者嵌入到电器中进行监控。客户端PC通过Internet连接到服务器上，结合客户端（Client）和服务器端（Server）软件完成远程控制功能。客户端软件是一个集各种家电（冰箱、彩电、录像机、空调等等）的控制资料为一体的控制平台（服务器上也集成了此平台），它通过网络发送控制命令到服务器，服务器再将此命令通过Master模块发送给Slaver模块。（各Slaver模块用不同地址来区分）Slaver模块接收到命令后，先进行判断，然后执行相应的控制。Slaver板1电力线Slaver板2客户端Internet服务器Master板Slaver板N图3、系统图3．．．．1、、、、Master模块模块模块模块Master模块主要作为服务器与Slaver模块之间通讯的桥梁，服务器通过串口发送信息到Master模块，Master模块再通过电力线把信息发送给Slaver模块。除此以外，Master模块还具有采样红外线信号的功能，配合服务器端软件将采样到的红外线信号进行编码，最终存储到Master模块的EEPROM中。3．．．．2、、、、Slaver模块模块模块模块Slaver模块上除了具有发射红外线信号的功能以外，还具有一组继电器开关（此组开关可根据需要扩展，以便控制更多的电器）。4、系统硬件介绍、系统硬件介绍、系统硬件介绍、系统硬件介绍系统硬件电路包括Master模块与Slaver模块。4．．．．1．．．．1、、、、Master模块工作原理模块工作原理模块工作原理模块工作原理Master模块是服务器与Slaver模块通讯的桥梁，且具有采样红外线信号的功能。它的框图如图4.1.1所示：服务器电力线图4.1.1、Master模块框图红外接收头电力线载波电路5V直流稳压电源Master模块用一片MC68HC908GR8单片机为核心。串行口采用RS232芯片及其外围阻容组件构成，它通过一条串行电缆连接到计算机的COM口。红外接收头直接使用红外接收模块，它的输出端接到单片机的PTB2/AD2引脚。电力线载波电路由一片LM1893芯片及其外围组件组成，其接收或发送功能由单片机PTD6/T2CH0脚控制，分别用单片机PTB0/AD0脚、PTD5/T1CH1用接收LM1893第12脚发来的数据、发送数据给LM1893。电源部分，先用一个变压器降压得到约15V的交流电，再经过整流滤波后，用一片LM7815和一块LM7805稳压，得到15V和5V的直流电压。4．．．．2．．．．1、、、、Slaver模块工作原理模块工作原理模块工作原理模块工作原理如图4.2.1所示，是Slaver模块的系统框图。Slaver模块也是以一片MC68HC908GR8单片机为核心。其电力线载波电路部分和电源电路部分与Master模块相同。不同之处是，Slaver模块没有红外接收头，取而换之的是一个红外发射头，它用于控制家电中具有红外遥控功能的电器。另外，还有几组继电器开关。除此以外，Slaver模块上还外挂了一片EEPROM，用来存储采样到的红外线信号。电力线图4.2.1、Slaver模块框图5、系统软件、系统软件、系统软件、系统软件介绍介绍介绍介绍5．．．．1、、、、PC上的软件上的软件上的软件上的软件PC上的软件包括服务器端（Server）和客户端（Client）两套软件。两套软件都是一个集各种家电控制资料为一体的控制平台，用户主要通过该软件进行各项操作。该软件是用Delphi编写的，它具有一个非常友好的可视化的交互接口，而且操作简单，用户可以非常直观地使用它。5．．．．1．．．．1、、、、Server端软件Server端软件在开始运行时建立本地服务器并自动导入可视化用户接口，这个可视化用户接口是一个包括了各种常见的家用电器如电视机、电冰箱、空调、录像机（或VCD、DVD）、电灯等的控制功能的操作接口。继电器开关组HC80GR8红外发射头电力线载波电路EEPROM5V直流稳压电源5．．．．1．．．．2、、、、Client端软件Client端软件在开始运行时自动导入可视化用户接口并搜索网络上的Server服务器，运行之后即可连接到服务器上。Client端的可视化用户接口与Server端相同，用户只要点击操作接口上的控制按钮，即可实现相应的操作。为了确定用户的操作是否被执行，当Slaver模块执行了相应的操作以后自动返回一个信息到Client端。如果Client端在限定的时间内没有接收到返回的信息，则表示操作失败。5．．．．1．．．．3、、、、软件的使用在使用本系统之前，必须先安装本系统的网络控制软件，软件成功安装后，运行网络控制程序。下图是初始化后的界面，可以看到“菜单”、“选择”、“功能”、“帮助”四个选项。右上角显示为Server/Client，表示此时本系统还未服务端或作为客户端。当建立成服务端时，只显示为Server，当作为客户端，只显示为Client。左边的竖框是设备列表框，中间框是控制界面显示框。右边还有添加/删除按钮，用来添加，删除家用电器控件。下面为状态栏，显示连接状态，本机IP地址，还有时间、日期。图5.1.3网络控制软件初始化后的图该软件的使用方法很简单。首先，点击“菜单”项，在弹出菜单中可以看到“新建文件”、“导入文件”、“保存文件”、“添加/删除房间”、“退出”等选项。这时，我们选择“导入文件”，在软件的安装目录中导入一个名为“Sample.ini”（默认）的配置文件。这时，如上图所示，在软件界面左列的表框中会显示电视、电灯、空调、VCD等的设备的图标，选中某个设备的图标时就会在中间的显示框中显示出对应的控制界面。该软件还可以根据用户的需要创建或者删除Room，在任意一个Room中添加/删除各种家电的控制设备，目前该软件包括的家电设备有电视机、空调、录像机（或VCD、DVD）、电灯等。最后可以把用户的配置保存到一个由用户定义的文件中（以ini为扩张名）。这些设备的控制界面犹如我们平时所用的电器的控制器，具有很大的灵活性，操作非常方便。6、结论结论结论结论本系统融合了计算机技术、控制技术和通信技术，使家用电器网络化、智能化。在数字化走向生活的今天，本系统能满足人们生活中更高层次的需求，使人们享受数字带来的便利。