家電智能控制模塊的設(shè)計與實現(xiàn)

戴修敏

[摘? ? 要]隨著人們生活水平的提高，人們對生活質(zhì)量的要求也逐漸提高，在人工智能的發(fā)展下，人們也希望擁有更加智能化的家庭生活，從而能夠幫助自己節(jié)約時間，保障家庭的安全和舒適。文章將對家電智能控制模塊的設(shè)計進行分析，探索家電智能控制的實現(xiàn)，了解其制作的相關(guān)過程。

[關(guān)鍵詞]家電智能;總體設(shè)計;控制模板;實現(xiàn)過程

[中圖分類號]TP311.52;TP273;TM925.0 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）01–00–02

Design and Implementation of Intelligent Control Module for Household Appliances

Dai Xiu-min

[Abstract]With the improvement of people's living standards， people's requirements for the quality of life are also gradually improved. With the development of artificial intelligence， people also hope to have a more intelligent family life， so as to help themselves save time for living and learning. More and more families begin to live with smart appliances， which can provide more convenient services for people and ensure the safety and comfort of families. This paper will analyze the design of intelligent control module of household appliances， explore how to realize the intelligent control of household appliances， and understand the relevant process of its production.

[Keywords]home appliance intelligence; overall design; control template; implementation process

智能家居控制系統(tǒng)是一款以單片機STM32為控制平臺，結(jié)合GSM模塊、RFID射頻模塊、紅外監(jiān)測模塊、報警模塊與智能安防系統(tǒng)。

1 家電智能的相關(guān)概述

1.1 家電智能

隨著科技的發(fā)展，家電智能概念不到被應(yīng)用在人們家庭中，其是主要通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)等高科技對家電進行控制，并且設(shè)置相關(guān)的電路，控制居家電器，形成可操控的系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行監(jiān)控和調(diào)整。目前，家居智能系統(tǒng)的家電較多，其中應(yīng)用較廣泛的有電視、洗衣機、空調(diào)、燈等家電，方便人們的生活，解放人們的雙手。

1.2 家電智能的相關(guān)特點

家電智能有許多優(yōu)點，相較于傳統(tǒng)的普通家電更加智能化、網(wǎng)絡(luò)化，能夠讓人們實時監(jiān)控自己的家庭，并且能夠?qū)τ诩译娺M行操控，打破了傳統(tǒng)的空間局限性。家電智能形成一個統(tǒng)一的系統(tǒng)，通過智能控制模塊進行操控，幫助人們實現(xiàn)家電的智能操控。家電智能系統(tǒng)可控的家電其使用程序已經(jīng)提前設(shè)置完善，在操作中按照之前設(shè)置程序進行工作，更加智能化。家電智能在發(fā)展中其局限性更小，目前對于家電智能電器的品牌涉及越來越廣泛，家庭中的家電品牌即使與操控品牌不同，依然能夠進行家電智能控制，其兼容性更加完備。

2 智能控制模塊的相關(guān)設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

智能控制模塊的硬件設(shè)計包括許多項目，比如紅外模塊、射頻模塊以及主控模塊。在模塊設(shè)計中，每一個環(huán)節(jié)的模塊設(shè)計都至關(guān)重要，關(guān)乎著智能控制系統(tǒng)的整體性能。

（1）關(guān)于紅外模塊的設(shè)計。紅外模塊在硬件設(shè)置和軟件配置中都至關(guān)重要，紅外模塊系統(tǒng)主要包括兩個方面，一方面是發(fā)射區(qū)域，另一方面是接受區(qū)域。在紅外模塊發(fā)射模塊中，人們在設(shè)計中經(jīng)常會使用發(fā)光二極管進行工作。但是在紅外模塊設(shè)置中的發(fā)光二極管比較特殊，其發(fā)射的是紅外線，而不是可見光源，所以此具有一定的特殊性。在紅外模塊發(fā)射中，紅外遙控更加穩(wěn)定，不會輕易收到外界環(huán)境的影響，并且其傳播速度更快，操控更加靈敏。發(fā)出不同頻率的紅外線就可以傳輸不同的信號。紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測元件和轉(zhuǎn)換電路。根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，對于紅外模塊進行劃分，可以分為透射式和反射式。檢測元件按工作原理可為熱敏檢測元件和光電檢測元件。紅外模塊的測量是依據(jù)于其物理性，紅外線也叫紅外光，其具有反射、折射、散射以及干涉和吸收等特征。只要物質(zhì)具有一定的溫度，任何物質(zhì)都可以發(fā)射紅外輻射。紅外傳感器在測量過程中不會直接與被測物體接觸，因此沒有摩擦，且具有高靈敏度和快速響應(yīng)的優(yōu)點。

（2）關(guān)于射頻模塊的設(shè)計。射頻模塊工作原理主要應(yīng)用于磁場，磁場中RFID技術(shù)接受解讀器發(fā)出的信號，然后通過在磁場的感應(yīng)電流，將信息轉(zhuǎn)化成能量，再通過能量傳送信息，通過轉(zhuǎn)碼解碼，在中央信息系統(tǒng)進行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理。射頻模塊設(shè)計中一定要保證其優(yōu)點，在射頻設(shè)計中非接觸操控一直是其特殊的地方，在遇到特殊情況，比如惡劣天氣，有霧的情況下或者條形碼出現(xiàn)問題時，通過射頻軟件能夠快速進行識別，從而為用戶提供更好地服務(wù)。不僅如此，RFID承載的是電子信息，所有的內(nèi)容數(shù)據(jù)都能設(shè)密碼保護使內(nèi)容不會輕易地被偽造作假。無線射頻識別技術(shù)采用非接觸的自動識別技術(shù)來進行身份確認(rèn)。在過去幾十年間，RFID技術(shù)在理論和應(yīng)用領(lǐng)域都取得了巨大的進步。目前射頻技術(shù)在交通，學(xué)校等民用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

（3）主控模塊的設(shè)計。主控模塊設(shè)計在智能控制模塊中非常重要，通過芯片進行設(shè)計，STM32F103芯片更加合適，其功能更加穩(wěn)定，主頻率較低，并且其功耗小，能夠使家電智能控制模塊更加穩(wěn)定，在系統(tǒng)控制中更加高效。

（4）在智能控制模塊設(shè)計中，還有顯示器的相關(guān)設(shè)計。LED顯示器在智能家電中非常常見，應(yīng)用較為廣泛，能夠表示電器運用的功能、時間等狀態(tài)，讓用戶對電器狀態(tài)有所了解，幫助用戶更好完成工作。在顯示器設(shè)計中主要運用控制模塊產(chǎn)生掃描脈沖，在應(yīng)用中顯示電器狀態(tài)，從而達(dá)到操作智能化。在操控過程中，如果用戶設(shè)置提醒鬧鈴，則可以將時間信號作為鬧鈴提示標(biāo)志，當(dāng)顯示器時間達(dá)到時響起鬧鈴提醒用戶，保證電器工作的安全性。

2.2 軟件設(shè)計

家電智能控制模塊設(shè)計可以分為3大部分。包括紅外模塊、溫度模塊和時間模塊。

2.2.1 紅外模塊設(shè)計

紅外模塊設(shè)計軟件主要應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)環(huán)節(jié)，能夠幫助設(shè)備交流輸入設(shè)計，其中人工智能是非常重要的環(huán)節(jié)。在該環(huán)節(jié)的設(shè)置中，多是通過電磁繼電模塊進行設(shè)計，其中單片機就可以實現(xiàn)。通過紅外模塊設(shè)置，能夠?qū)⒕幊剔D(zhuǎn)換成紅外遙控器操作的信號源，從而控制各個頻道之間的信號傳輸，能夠控制遙控的頻率，進行智能監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計主要有大循環(huán)和小循環(huán)兩方面。

（1）大循環(huán)通信。大循環(huán)通信通常指遠(yuǎn)程通信，在遠(yuǎn)程通信中需要建立一個終端，將遠(yuǎn)程信息服務(wù)器掛在云端上，從而搭建成熟系統(tǒng)。其主要可以分為4個環(huán)節(jié)。表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)持久層和域模塊層。4個環(huán)節(jié)分別負(fù)責(zé)不同的內(nèi)容，從而進行遠(yuǎn)程通信。

（2）小循環(huán)通信。小循環(huán)通信通常距離較近，多是家庭操控，屬于家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。在進行通信管理中，設(shè)備需要連接家庭網(wǎng)絡(luò)，保證在同一個信號區(qū)域內(nèi)進行工作。用戶可以通過手機App進行操控，控制家庭家電。該過程是客戶端和服務(wù)端兩者構(gòu)建聯(lián)系，客戶端先發(fā)送控制請求，從而通過控制器進行傳送，從而作用到服務(wù)端，對于操控要求做出及時反饋，從而實現(xiàn)家電智能控制。

2.2.2 溫度模塊設(shè)計

溫度模塊主要用于驅(qū)動溫度傳感器，對應(yīng)于與帶有小數(shù)點所獲得的二進制數(shù)據(jù)變換環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的溫度的輸出信號，以促進和液晶顯示模塊的對接。

2.2.3 時間模塊設(shè)計

當(dāng)開機時，所有程序進入初始化，按下紅外遙控，定時器產(chǎn)生中斷，開始讀取數(shù)據(jù)，被控制模塊顯示出相應(yīng)的數(shù)值，并顯示在屏幕上。

2.3 終端設(shè)計

家電智能控制模塊都有一個終端操控平臺，對于家電的控制多是手機終端App，目前應(yīng)用較為廣泛的是安卓系統(tǒng)平臺，其系統(tǒng)由許多程序模塊構(gòu)成，彼此間建立聯(lián)系。

3 智能控制模塊的實現(xiàn)

3.1 智能控制模塊的實現(xiàn)過程

家電智能系統(tǒng)控制，主要是設(shè)計相關(guān)的控制模塊，然后利用計算機網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)將家庭家電進行統(tǒng)一管理，形成內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。智能終端會在App上進行狀態(tài)顯示，通過控制模塊來控制各類家電，用戶在需要時通過控制終端進行操控，使用智能家電系統(tǒng)。比如，用戶進門想要開燈，只需語音即可開燈，或者通過手機端提前打開燈光。而燈光的開啟和關(guān)閉的狀態(tài)在終端都有顯示，能夠讓用戶更方便了解家電的狀態(tài)，從而更好地進行家電保養(yǎng)和維修。家電智能控制模塊會在一段時間進行刷新，保證實時狀態(tài)，當(dāng)用戶在操控系統(tǒng)時，能及時給予用戶反饋。智能控制模塊采用了流式套接字編程，從而傳遞數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)傳遞的安全性和準(zhǔn)確性，避免出現(xiàn)誤差。

3.2 智能控制模塊的實現(xiàn)方式

家電智能控制模塊有許多的實現(xiàn)方式，其系統(tǒng)的操控通過單片機、無線通信系統(tǒng)和嵌入式程序進行控制的。智能控制模塊的控制方式包括電話控制、手機控制、視頻監(jiān)控、語音控制等，多種控制模塊保證家電控制的安全性和多樣性，更能夠滿足不同的使用人群，并且當(dāng)一種方式無法適用，或者出現(xiàn)故障時，可以用其他的方式進行彌補，保證家電智能的安全控制。

（1）通過電話、手機控制。電話和手機控制其實殊途同歸，兩者都是進行的遠(yuǎn)程操控，在操控過程中多是通過面部解鎖或語音識別來控制智能家電。智能模塊實現(xiàn)會更具便捷性，當(dāng)用戶離家外出時，家里的燈或者窗簾忘記關(guān)閉，可通過手機操作智能家電，將屋內(nèi)的燈光關(guān)閉，從而使家電智能操控更加便捷和高效。傳統(tǒng)普通家電對于家電的控制比較機械化，需要人們動手操控，隨著信息化技術(shù)發(fā)展，人們對于居家的體驗感提高，人們想要解放雙手，帶來更好的家居生活。因此，人們會越來越多選擇智能家電。通過手機控制電視、空調(diào)、洗衣機等家電，已經(jīng)成為越來越多人的選擇，為人們帶來未來科技生活，讓人們享受智能家居。

（2）通過遙控器控制。在智能家電操控過程中，遙控器操控是非常常見的，如電視機遙控器、空調(diào)遙控器等，越來越多家電進入遙控智能時代，取暖器遙控器、電動窗簾遙控器等，許多家電都可以通過遙控來操控，更加便捷。許多家電在遙控過程中還帶有顯示屏，能夠讓人們更直觀地觀察其情況。比如，熱水器遙控器。在遙控器上會顯示溫度，人們能夠根據(jù)自己想要的溫度進行調(diào)節(jié)，并且當(dāng)達(dá)到溫度時能夠看到，從而方便人們生活。

（3）通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控控制。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控很方便，許多家電都具有監(jiān)控功能，在家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中幫助主人監(jiān)控家庭情況，能夠讓不在家的用戶了解家庭情況，從而進行控制。

4 結(jié)束語

綜上所述，家電智能控制模塊設(shè)計在家電智能系統(tǒng)中非常關(guān)鍵，能夠保證家電智能系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在進行家電智能控制模塊設(shè)計時，要從多方面考慮，結(jié)合當(dāng)前科技發(fā)展現(xiàn)狀進行設(shè)計，從而保證設(shè)計符合當(dāng)前社會需求，給用戶帶來更安全和多樣的感受，從而提升家電智能使用感，促進家電智能的長久發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊斌，李波.物聯(lián)天下智能家居[J].信息系統(tǒng)工程，2012（12）：31-35.

[2] 黃熙程.智能家居的發(fā)展應(yīng)用及挑戰(zhàn)[J].科技傳播，2019（2）：60.

[3] 許國忠，張岳榮，饒連周，等.采用TPS40170的高精度恒流源設(shè)計[J].三明學(xué)院學(xué)報，2018（6）：5.

[4] 徐春燕，肖揚文，蔡敏.BLEMesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議綜述[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2017（4）：7.

[5] 王天鳳.雙向可控硅調(diào)功電路的實現(xiàn)與應(yīng)用[J].電子世界，2016（23）：77.