饮水机的远程无线控制系统

收稿日期：2014-04-15基金项目：基于互联网及单片机通信网络的饮水机节能与控制系统》（J12LN86）。

作者简介：宋娟（1979-），女，河南驻马店人，硕士，讲师。

研究方向：电路与系统。

饮水机的远程无线控制系统宋娟，曾实现，薛蕊（青岛黄海学院，山东青岛266427）摘要：介绍了一种饮水机的远程无线控制系统，系统包括远程用户终端和家用电器控制终端，远程用户终端与家用电器控制终端之间通过Internet 网络进行通信；家用电器控制终端，包括嵌入式控制模块、存储单元模块、通信串口模块、以太网接口模块、电源模块、红外转发模块、饮水机遥控模块和人机交互界面。

系统能够利用嵌入式技术、Internet 、单片机通信进行信息传输及远程控制，由系统核心ARM 处理器对远程终端的控制信息进行接收及处理，通过红外转发模块，实现对饮水机等家用电器的远程无线控制，硬件体积小、成本低、扩展性强、软件易维护，具有很高的市场应用价值。

关键词：饮水机；远程控制；嵌入式；红外通信中图分类号：TP273.5文献标识码：A 文章编号：1001-7119（2014）07-0162-04Wireless Remote Control System of Drinking MachineSong Juan,Zeng Shixian,Shao Ruiying（Qingdao Huanghai University ，Qingdao Shandong 266427，China ）Abstract ：This paper introduces a kind of drinking water machine of wireless remote control system,thesystem includes a remote user terminal and home appliances control terminal,between remote userterminal and home appliances control terminal through the Internet communication network;control terminal of household appliances,including embedded control module,memory module,serial communication module,Ethernet interface module,power supply module drinking machine,infrared transmitting module,remote control module and man-machine interface.The system can use theembedded technology,Internet,single chip communication for information transmission and remote control system,the core ARM processor control information to the remote terminal for receiving andprocessing,forwarding module via infrared,remote wireless control of water dispensers and other household electrical appliances,hardware,small volume,low cost,strong expansibility,software maintenance,has very high market value.Keywords ：drinking water machine;remote control;embedded;infrared communication0引言21世纪信息的瞬息万变、社会的高速发展，使人们对居家生活的要求越来越高。

随着信息时代发展起来的一些行业已经与电信行业互相渗透、互相融合，信息时代已经真正成为现实[1]。

最具有代表性的是智能家居系统，它具有信息化的基本特点，例如：智能、安全、高效、个性化等，这些特点对于提高现代人的生活质量，提供适宜人类居住的空间有着非常重要的意义，也具有广阔的市场空间[2]。

本设计意在实现一种基于互联网及单片机通信网络的饮水机节能与远程无线控制系统，能随时控制调节家里饮水机的工作状态。

比如：家第30卷第7期2014年7月科技通报BULLETIN OF SCIENCE AND TECHNOLOGYVol.30No.7Jul.2014DOI:10.13774/ki.kjtb.2014.07.039第7期中没人时可以通过网络把饮水机开关关掉，工作结束时通过电脑上网或手机来打开家中饮水机，这样回至家中即可饮用到温开的热水，当饮水机中开水槽中的水烧开后会自动切断电源，当水温低于50℃时加热器自动开启电源加热，达到智能控制，并使用户生活得更健康、安全、环保低碳。

本系统还可以应用空调、热水器、电饭煲、电视机、灯或电动窗帘等其他家用电器，实现家用电器远程无线控制系统的可扩展性。

1系统总体方案本系统主要由PC机WEB服务器（中央服务器）、通信系统、单片机控制系统、饮水机控制子系统组成。

通信系统的功能是将用户命令及时准确地传输到被控家中；单片机控制系统主要完成饮水机电源控制和扩展功能中各电器的红外遥控模块；饮水机控制子系统主要实现饮水机的节能控制以及远程红外接收控制。

图1系统框图Fig.1System block diagram图2嵌入式操作系统Fig.2Embedded operating system控制系统原理图如图1所示。

图1中，PC机是系统的控制终端，任何一台连入Internet的计算机都可以作为控制终端，通过它可以跟系统进行远程的交互，完成一系列操作。

ARM控制主机是整个系统的控制核心，与Internet的连接、对饮水机的控制、信息的接收与发送都是通过它来完成。

2远程控制无线系统设计2.1嵌入式控制模块整个系统的性能是由所使用的嵌入式处理器直接决定的，嵌入式处理器选型关系到系统的运行，嵌入式操作系统的结构如图2所示。

本系统选用的是TI(德州仪器)公司的Cortex-M3。

Cor⁃tex-M3是一种32位的ARM嵌入式内核，它采用哈佛结构，使用分离的数据总线和指令总线，向专业嵌入式市场提供低成本、低功耗的芯片。

Cortex-M3支持Thumb-2指令集，Cortex-M3在中断控制器上有一个创新，叫做嵌套向量中断控制器NVIC（Nested Vector Interrupt Controller），在内核中集成了中断控制器，提供基本的具有8层优先级的32个物理中断，最高可达到240物理中断和256个中断优先级。

2.2Eclipse平台Eclipse是一个开放源代码的、基于Java的可扩展开发平台，如图3所示，号称未来能进行任何语言开发的IDE集大成者。

就其本身而言，它只是一个框架和一组服务，通过开发插件，它能扩展到任何语言的开发[3]。

幸运的是，Eclipse附带了一个标准的插件集，包括Java开发工具（Java Development Kit，JDK）。

图3Eclipse结构框架图Fig.3Structural framework of Eclipse图4以太网芯片连接原理图Fig.4Ethernet chip connectiondiagram宋娟等.饮水机的远程无线控制系统163第30卷科技通报2.3以太网接口本设计选用的以太网芯片为Ax88796，它能支持多种CPU总线类型，内部集成有10/100Mb/s 自适应的物理层收发器和8K×16位的SRAM。

Ax88796芯片的地址总线（即SA[9∶0]）与CPU对应的地址总线相连接，数据总线（即SD[15∶0]）与CPU的对应的数据总线相连接，以太网芯片连接原理图如图4所示。

2.4系统电源本系统中各个硬件模块的电压基本一致，除了红外转发模块部分需要5V直流电压，其他模块的工作电压均为3.3V。

为了保证系统运行的稳定性，需要用稳压芯片来对各个模块的输入电压进行稳压处理，3.3V稳压用稳定较强的LM2596，5V的稳压用LM7805来实现。

3电路设计合理的电路设计对于控制系统非常关键，文中以红外遥控转发器电路为例，如图5所示，红外线接收二极管VD1（即PH302）接收到的红外线遥控信号首先经C1耦合到VT1的基极进行放大，然后放大后的信号经过VT2—VT5逐级放大后推动红外线发光二极管发出红外线遥控信号，从而实现在异地或者说异室使用遥控器灵活控制的目的。

由于图中的红外线接收二极管VD1是以反向偏压的方式进行工作的，R1是为其提供反向偏压的偏置电阻，只要适当调整R1的阻值，可以在一定程度上改变接收距离。

图5红外遥控转发器电路Fig.5Remote infrared repeater circuit为了能够实时的将饮水机数据传输到嵌入式服务器并接受来自服务器的指令，使用红外接收管加串口通信模块。

这样，当温度低于50℃时，51控制继电器开关闭合，继续将水加热，并且能收根据来自服务器的指令打开、关闭饮水机或者传动饮水机的有关数据，设计改进后的电路图如图6所示。

合理的电路设计不但可以实现系统的稳定性，还可以实现降耗节能的效果，如图7所示为系统整体的电源模块电路。

图6饮水机改进电路图Fig.6Improved water dispenser circuit图7电源电路Fig.7Power supply circuit4服务器端和客户端程序编写系统使用ServerSocket来创建Java的服务器对象，ServerSocket ss1=new ServerSocket(intport)，参数port是端口号。

由于端口是唯一标识每台计算机不同程序的，所以端口的分配必须是唯一的。

端口号在0～65535之间，TCP/IP把前1024个端口作为保留端口，比如：HTTP使用80端口，FTP使用21端口。

建立Server端的Socket对象的典型步骤如下：（1）创建一个服务器端套接字，并绑定到指定端口上，ServerSocket ss=new ServerSocket(int port)。

（2）调用accept()，监听连接请求，如果客户端请求连接，则接受连接，返回通信套接字Socket s=ss.accept()。