手機端智能家居萬能遙控器設計

萬欣

（北京天融信科技有限公司，北京 100085）

0　引言

隨著智能家居的逐步普及，傳統(tǒng)的紅外遙控器的缺點日益凸顯。特別是當家庭中出現(xiàn)大量各種型號、各種功能的紅外遙控器時，就會大大降低用戶體驗[1]。在現(xiàn)代化智能家居系統(tǒng)中，設計一種能夠整合各種家電遙控器功能的系統(tǒng)就能大大改善家電系統(tǒng)的用戶體驗，同時又具有不錯的市場潛力。在開發(fā)新型智能家居系統(tǒng)時，也能提供一定的借鑒。

1　系統(tǒng)簡介

1.1　系統(tǒng)整體框架

整個系統(tǒng)包括手機端的萬能遙控器App以及由App控制的MSP430遙控模塊，再由MSP430遙控模塊通過戶內(nèi)遙控模塊發(fā)射紅外信號進而控制室內(nèi)各種家電。本文著重介紹萬能遙控器App的框架結(jié)構(gòu)以及設計過程，如圖1所示。

1.2　系統(tǒng)框架描述

圖1　系統(tǒng)整體框圖Fig.1 System frame chart

用戶可以在手機客戶端，按手機遙控器界面給外設發(fā)送指令，外設接收指令，識別指令是學習還是發(fā)射，如果是學習，則等待學習。此時拿遙控器對準萬能遙控器的學習端口進行學習，學習結(jié)束后再次回到等待接收指令狀態(tài)。如果是發(fā)送，則執(zhí)行相應按鍵發(fā)射紅外信號進行對家居的控制。在界面最上方又信息提示欄，提示用戶當前手機的狀態(tài)，是學習狀態(tài)還是使用狀態(tài)，并且顯示當前所按的按鍵[2]。按下menu按鈕則可進行不同遙控器界面的切換。

2　遙控器界面設計實現(xiàn)

本設計中的遙控器界面設計主要包括頁面布局、文本框、按鈕以及menu列表幾部分[3]。本文使用的是eclipse及ADT插件作為開發(fā)環(huán)境。具體程序編寫時使用的是Java語言。

2.1　布局管理器

安卓的布局管理器包括線性布局，表格布局，幀布局，相對布局，網(wǎng)格布局，絕對布局等。本文只用到了線性布局，表格布局，相對布局[4]。線性布局對應的類是LinearLayout，它可以將其中的組件按一定順序排列起來。表格布局對應的類是TableLayout，它繼承自LinearLayout，用表格布局可以方便地用行和列來安排組件，自己并不需要指明有多少行多少列，表格布局是通過添加TableRow來控制行和列，其中一個TableRow代表一行。相對布局對應的類是RelativbeLayout，顧名思義，它是采用先定義一個組件的位置，然后其它組件是相對于這個組件按一定規(guī)則排列。

2.2　界面布局

首先分析，遙控器界面由諸多按鍵組成，按鍵的排列方式也不是一直不變規(guī)則的，因此拿電視遙控器舉例，它有一些普通的圓形按鍵按規(guī)則排列，還有音量加減，頻道加減，上下左右等按鍵按較復雜的方式排列[5]。這里本文大致將組件分為兩類，一類是排列規(guī)則單一的，本文用表格布局，另外一類排列規(guī)則稍顯麻煩的我用相對布局排列。最外層是線性布局，然后是表格布局，一行一行進行組織安排。遇到較復雜的例如音量鍵，頻道加減鍵，上下左右ok鍵等我則在表格布局中又添加了相對布局進行相應的組織[6]。

2.3　文本框

本文在界面上面定義了兩個文本框用來顯示手機當前狀態(tài)和當前按鍵。android:id="@+id/textView2"這句話相當于這個文本框的身份證明，這句話在整個安卓應用工程中是唯一的，因為本文按相應按鍵的時候提示框大的內(nèi)容會跟著相應變化，所以可以用到findViewById(R.id.id名)的方法來找到這個文本框[7]。android:Text="Key:"，這句話用來設置此文本框顯示的內(nèi)容。

2.4　按鈕

按鍵是本文界面設計的重要部分，按鍵的大小，形狀，狀態(tài)變化，布局都應該認真考慮。Android:id="@+id/button1"，這句話賦予了一個按鍵唯一的身份。Android:layout_width="50dp"android:layout_height="50dp" ，這兩句話規(guī)定了按鈕的大小，android:background="@Drawable/button_selector"，這一句話設置了某個按鈕的背景圖片，通過@drawable這樣的語法可以調(diào)用drawable目錄內(nèi)的資源文件，可以是圖片資源，也可以是用程序繪制的圖片XML資源。android:text="靜音"，設置按鍵顯示的文字android:textColor="#fff"設置文字顏色。android:textSize="12dp"這句話用來設置文字的大小位12像素[8]。android:onClick="clickHandler1"這句話用來給一個按鈕添加單擊事件監(jiān)聽器。后面可以在java源代碼中的相應函數(shù)如public void clickHandler1(View view){···}中編寫單擊之后所要執(zhí)行的動作。

2.5　menu列表的制作

為了實現(xiàn)多個遙控器界面之間的切換，本文用到了menu功能，點擊手機上的menu按鍵可以實現(xiàn)多個遙控器界面之間的切換，進而切換對不同用電器的控制[9]，效果如圖2所示。

圖2　遙控界面的切換功能Fig.2 Switching function of remote control interface

3　手機客戶端與發(fā)送模塊的通信

本文選擇2FSK作為基帶信號的調(diào)制方法。即將手機客戶端發(fā)送的指令用2FSK調(diào)制后再發(fā)送給單片機[10]。單片機再將所接收信號解調(diào)成其能識別的信號，進一步執(zhí)行發(fā)送及控制功能。

3.1　2FSK信號調(diào)制

首先確定2FSK信號的位數(shù)，這取決于按鍵的個數(shù)，為了方便研究測試與設計，簡化了按鍵的數(shù)量，這里設按鍵為32個（后面可以在此基礎上以相同的原理添加），于是需要5位二進制數(shù)字才能完全表示，從00000～11111分別代表按鍵0～31。考慮到進行2FSK解調(diào)時需要設置起始位，于是用一個周期為1 KHz的正弦波作為起始信號[11]。下面以01010對應的2FSK信號制作為例，簡單講述這些2FSK信號的制作。

圖3　用Cool Edit Pro生成的1 KHz的正弦波Fig.3 1 KHz sine wave from Cool Edit Pro

3.2　2FSK信號的發(fā)射

在安卓開發(fā)中，關于任務的執(zhí)行豐富了事件監(jiān)聽器，系統(tǒng)有一個主線程，一直執(zhí)行。當某個時間發(fā)生，監(jiān)聽器就會發(fā)現(xiàn)，但是它不會去打擾系統(tǒng)的主線程，而獨自處理，處理完畢后繼續(xù)進行偵查工作。下面的這段代碼是某個按鈕的單擊時間監(jiān)聽程序，當該按鈕用戶單擊后便會被執(zhí)行[12]。首先它先找到信息提示Key，讓其顯示當前的按鍵值，然后創(chuàng)建一個MediaPlayer類的對象MediaPlayer mPlayer0 =MediaPlayer.create(this,R.raw.sig_05)，盛放所要播放的音頻信號，然后mPlayer0.start()開始播放[13]。

3.3　2FSK信號的解調(diào)

結(jié)合其調(diào)制原理，我們只要識別出正弦波信號的頻率便可解調(diào)基帶信號。我們使用的解調(diào)設備一般是單片機，單片機可以直接識別出模擬信號[14]。本文使用的的是大家通用的首先將正弦波轉(zhuǎn)換為單片機識別的高低電平，然后通過單片機的、中斷或者計時器來測量出高低電平的時間，然后通過周期換算出頻率。由圖3可以清楚看出上圖中低電平有較大差別，通過中斷大致計算出低電平的時間，不用太精確便可以得到2FSK的解調(diào)信號，01010這里我們發(fā)現(xiàn)高電平的差別沒有低電平明顯，這是因為偏置電路的設計，因為下面的電阻阻值大于上面電阻的阻值，才導致這樣的現(xiàn)象，應該使兩個分壓電阻盡量相等[15]。圖4是2FSK解調(diào)的硬件電路。

程序流程：

第一步：進入中斷；

第二步：等待低電平過去；

第三步：迎接高電平到來，循環(huán)5次，分別記錄每組高電平時間，如果＞250us則記為0，否則記為1；

第四步：計算鍵值Key = 1*Rec[4]+2*Rec[3]+4*Rec[2]+8*Rec[1]+16*Rec[0]。這里為了防止死循環(huán)，每次等待電平過去的while循環(huán)里面都有一個附加條件err＞0，在循環(huán)體里面執(zhí)行err--，這樣可以防止陷入死循環(huán)。

圖4　2FSK解調(diào)硬件電路Fig.4 2FSK demodulation hardware circuit

4　結(jié)論

本文完整概述了對萬能遙控器App的設計過程，并對這款APP做了如下測試：按相應按鍵用示波器觀察所發(fā)送的信號，實驗結(jié)果顯示正確率為100%。測試結(jié)果表明此款萬能遙控器設計效果出色，能夠滿足一般家庭對家用電器的手機端控制需求。但在用戶體驗方面，此款App還有很大的改進空間。