北方民族大学电气信息工程学院 陈 倩 曹 龙 蔡静之



基于STM32的智能家居万能学习型遥控盒子的研究与设计

北方民族大学电气信息工程学院 陈 倩 曹 龙 蔡静之

【摘要】随着信息化飞速发展，家庭中信息家电种类越来越多，之而来遥控器的数量也越来越多，这给家庭生活带来极大不便。本文基于万能学习型要空盒子在智能家居中的实际应用，提出了一套万能学习型遥控盒子的设计方案。遥控盒子的应用可以实现对家庭中的信息化家电进行统一控制，并且向用户提供交互式图形界面，具有广泛的实践应用意义。

【关键词】STM32；智能家居；学习型遥控盒子

1 引言

物联网技术中最火热的要数智能家居行业。智能家居主要是通过物联网以主，家庭住宅为平台，为家庭提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制等多种功能和手段。让住宅不仅具有传统的居住功能，兼备网络通信、信息家电、提供全方位的信息交互功能。小米，百度等公司都推出了如小米路由，智能插座，智能灯泡等产品，通过这些智能的新产品，来实现家居的智能环境。但是这些新产品又往往有别与传统家电通常使用的红外或射频遥控，其通常具有WIFI功能，这就使一些希望享受智能家居生活，而又不能直接把家中现有的传统家电弃之不顾的人们很为难。有效的处理好新型智能家电与传统家电之间的换代问题，就是本项目的初衷。

2 系统的硬件设计

本文设计的万能学习型遥控盒子主要用于对传统家用电器以及新一代具有WIFI功能的家用电器的智能控制。对于具有WIFI功能的电器遥控盒子可以与其通过WIFI连接发送控制指令，而传统的红外或设射频遥控家电则通过万能学习型遥控盒子将指令转变为红外或射频信号，从而实现对传统家电的控制。同时用户能够通过手机APP实现对家电工作状态的设置，家电能在用户的指令下完成相应的操作。

智能家居遥控盒子硬件部分采用 STM32系列单片机,搭配红外收发模块和无线射频收发模块。支持红外、RF315、RF433的发射和编码学习,还可以实现 I/O 输入输出功能。智能家居控制器可实现对智能开关、智能插座、电控窗帘的学习和遥控。对于现有的家电,通过红外无线转换模块,来学习红外控制器的编码，并对其进行控制。系统的整体框架图如图1所示。

图1　系统结构框图

根据系统的整体框架系统的模块分为三大部分：主控制器、红外和射频收发模块以及WIFI模块。其余显示、电源等模块这里不做详细介绍。

2.1 主控芯片模块

主控制器是系统的核心部分主要负责对终端传来的数据进行分析和处理，同时也负责所有软件和协议的运行。

本设计主控芯片采用意法半导公司的32位微控制器STM32F103RBT6，该控制器具有输入捕获和硬件PWM 输出功能。利用控制器中定时器的输入捕获功能直接测量红外信号接收解调器输出编码脉冲的高低电平脉冲宽度，并将脉宽数据按照指定格式写入存储器，即可完成该按键功能的学习。当用户使用手机APP发出控制指令时，主控芯片就会从相应的存储位置读取信号，将WIFI信号转换为相应的红外和射频信号，并通过红外或射频发射模块发出信号。

2.2 红外和射频收发模块

系统的红外模块包括红外接收和发射模块两部分。红外接收模块主要在智能遥控器学习过程中接收传统遥控器发出的红外信号，经过MCU处理，将不同电器的红外信号依次储存。通过APP中对应的按钮，用户可实现对不同具有红外接收功能的设备进行控制。如对电视机，DVD，投影机，空调等红外遥控家电的控制。其中射频的控制距离满足整个房子范围的要求。

设备通过RS232的指令来控制学习模块来进行学习，该模块的命令格式如下：

（1）学习命令：01 03 06 80 00 89 0D 0A

其中，01 03 06 是固定值，80表示学习操作，00表示学习的组别（0-254），89是从03-00的和校检，0D 0A回车换行是固定值。

（2）发送命令：01 03 06 81 00 8A 0D 0A其中81是发送红外命令，其他定义同上。

当用户的手机客户端发送学习命令后，遥控盒子学习指示灯亮，有红外（射频）信号输入学习成功后指示灯灭。如果没有收到需要学习的遥控信号，30秒后学习的指示灯灭，设备自动退出学习状态。当需要的遥控信号都学习完毕并依次对应不同按键学习状态结束，设备可以随时学习更新不同的遥控信号；按下学习后的不同按键后发射灯闪烁并通过红外和射频发射模块发送相对应的红外信号来控制不同的传统家电。

对于智能插座，智能开关，电动窗帘等这一类开关类的家电，采用的是以继电器为核心的执行节点来控制。手机APP中的开关按键对应各种开关按钮，用户点击相应的按键，系统检测到该信息后会将信息传递到处理该信息的服务中，同时发送相应的控制指令。命令通过无线网络传递到遥控盒子，遥控盒子发出射频信号来控制继电器的闭合来控制电器的开关。而继电器的闭合是由射频信号根据命令格式解码后设置相应的I/O输出高低电平来控制。

2.3 WIFI模块

无线模块是采用深圳市海凌科电子有限公司的HLKRM04，该模块是基于通用串行接口并且同时符合无线网络标准的嵌入式模块，能够实现用户的串口、以太网、无线网三个接口之间的转换。在本系统的设计中是将WIFI模块通过串口和STM32控制中心实现相互通信。HLK-RAM04设置为串口转WIFI CLIENT模式，该模式下WIFI使能，工作在CLIENT模式下。通过适当的设置，COM1的数据与网络数据相互转换。WIFI CLIENT可以配置为DHCP或STATIC。该模块尺寸小，工作温度范围大，能够满足本系统设计的WIFI模块需求。

图2　串口转WIFI CLIENT模式

3 系统软件设计

本万能学习型遥控盒子的软件设计部分主要包括HLKRM04和主控芯片的通信，红外遥控指令的学习以及该遥控盒子的远程无线控制。HLK-RM04通过串口和主控芯片的通信，使万能学习型遥控盒子具有无线连接功能，能实现和网络的连接从而接收来自手机客户端的遥控家电的命令。红外遥控指令的学习功能，是通过原有的遥控器对遥控盒子红外接收装置发射不同遥控指令，遥控盒子接收红外信号后进行编码，编码后的红外信号由高低电平组成，由于脉宽高低的组合不同，因而可以组成不同的红外遥控编码。然后将编码后的数据进行存储，下次遥控盒子发射遥控红外信息时直接调用。遥控盒子和手持终端与家庭网关连在一起，通过无线网络实现互相通信。

3.1 万能学习型遥控盒子主程序设计

系统的主程序流程图如图2所示。主控芯片STM32初始化之后通过无线HLK-RM04模块接收来自手持终端的遥控命令，当检测到有学习过该命令之后则直接调用执行该命令，然后将该命令转化为相应的红外信号遥控对应家电。如果没有检测到之前有学习存储该指令则经过中断进入学习子程序进行该红外信号的学习，学习完成后再回来发送该指令直到指令执行完毕后程序结束。

图3　主程序流程图

3.2 红外和射频学习子程序设计

红外（射频）学习的子程序流程图如图3所示。当检测到学习命令后系统产生中断，进入红外（射频）学习子程序。首先检测是否有接收到需要学习的信号，没有检测到则一直处于检测状态；当检测到需要学习的红外（射频）命令后，红外（射频）接收器接收该信号；接下来对该红外（射频）信号进行数据处理然后将处理后的数据进行存储，这样学习过程结束，返回到主程序中去。

图4　红外学习子程序

4 结论

本文设计的万能学习型遥控盒子，适用于全向性红外、无线射频（315、433MHz）电器，但是由于红外信号无法穿墙，所以遥控红外电器时，万学习型遥控盒子需要和被遥控的红外遥控电器放在同一个开放的环境中，而对于支持射频遥控的设备即使在不同的房间也能遥控。同时我们可以将不同电器的遥控信号都录入遥控盒子中，再通过手机中的APP就能进行实时的遥控控制。本设计具有一定的实用性，为现代家居生活提供了更为舒适和便捷的生活条件。

参考文献

[1]张桂青,陈超等.基于物联网的无线红外转发器的设计[J].测控技术,2015,34(4)116-119.

[2]罗文飞.信息家电万能遥控器在智能家居中的构建研究[J].计算机光盘软件与应用,2012 (24),50-51.

[3]谢琦,杨士元,叶朝辉.数字家庭遥控器的研究与开发[J].嵌入式系统应用,2008(06)1-3.

[4]周祖荣,冯步云.基于单片机简便学习型红外万用遥控器的设计[J].信息通信2013(10):64-65．

[5]张毅,李进.基于射频的学习型红外遥控器设计[J].计算机时代,2011(2):45-46．

陈倩（1990－），男，硕士研究生，研究方向：信号检测与信息处理。

曹龙（1990—），男，硕士研究生，研究方向：信号检测与信息处理。

蔡静之（1963—），女，教授，硕士研究生导师, 研究方向：机电一体化。

作者简介：