CN105159129B - 智能家电控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能家电控制系统及控制方法，旨在克服现有技术存在功耗过高、远程控制需要通过短信进行控制的问题。该智能家电控制系统包括控制端、被控端与远程云平台；控制端包括控制端蓝牙模块、控制端微控制器；被控端包括被控端蓝牙模块、被控端微控制器与固态继电器。控制端蓝牙模块与控制端微控制器之间采用电线连接；被控端蓝牙模块与被控端微控制器之间及被控端微控制器与固态继电器之间采用电线连接；控制端微控制器通过控制端蓝牙模块与被控端之间为无线通信方式连接；控制端微控制器通过网线与远程云平台之间为有线通信方式连接。本发明还提供了一种智能家电控制系统的控制方法，在手机联网状态下随时对智能家电控制系统进行监控。

Description

智能家电控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种属于智能家电控制技术领域的控制设备，更具体地说，本发明涉及一种基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统及控制方法。

背景技术

智能家电即利用通信、网络和综合布线技术，通过家庭信息管理平台将与家居生活相关的各种子系统有机地结合的一个系统。从控制的方式考虑，可以把智能家电分为两个子系统：一个是家庭内部的网络连接，以便进行家居的本地控制，另一个是用户离开家后，能对家中设备的状态进行控制的智能家电远程控制系统。

目前，智能家电控制系统在家庭内部往往只考虑如何进行通信，而没有考虑到智能家电模块本身的耗电量，对智能家电控制来说，每一个控制模块的耗电量并不多，但是如果大量的模块长时间的工作，其所消耗的电量就不能够被忽略了。一套智能家电控制系统往往需要十几个甚至几十个模块进行联网，其所需要的电量会很大，这不符合低碳社会的要求和设备节能的发展趋势。

此外，传统的智能家电控制系统用户进行远程控制时大多需要手机发送短信进行控制，对用户手机资费有很大的消耗，随着3G以及4G技术的发展，手机上网变得越来越便宜，改变用户远程控制方式成为智能家电控制系统的另一个发展方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在功耗过高、远程控制需要通过短信进行控制的问题，提供了一种基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统及控制方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的智能家电控制系统包括控制端、被控端与远程云平台。

所述的控制端包括1个控制端蓝牙模块、1个控制端微控制器；被控端包括1个被控端蓝牙模块、1个被控端微控制器与1个固态继电器。

控制端蓝牙模块与控制端微控制器之间采用电线连接；被控端蓝牙模块与被控端微控制器之间及被控端微控制器与固态继电器之间采用电线连接。

控制端微控制器通过控制端蓝牙模块与被控端为无线通信方式连接；控制端微控制器通过网线与远程云平台为有线通信方式连接。

技术方案中所述的控制端蓝牙模块与控制端微控制器之间采用电线连接是指：

控制端蓝牙模块采用型号为BC417143BGQ的蓝牙模块；控制端微控制器采用型号为Kinetis K64 MCU的微控制器；型号为Kinetis K64 MCU的控制端微控制器的UART4_RX引脚与型号为BC417143BGQ的控制端蓝牙模块的TXD引脚电线连接，型号为Kinetis K64 MCU的控制端微控制器的UART4_TX引脚与型号为BC417143BGQ的蓝牙模块的RXD引脚电线连接，型号为Kinetis K64 MCU的控制端微控制器的PTD_1引脚与型号为BC417143BGQ的蓝牙模块的LED引脚电线连接。

技术方案中所述的型号为Kinetis K64 MCU的控制端微控制器的Vcc端与正3.3V的电源电线连接，型号为BC417143BGQ的控制端蓝牙模块的VDD端与正3.3V的电源电线连接；型号为BC417143BGQ的控制端蓝牙模块的GND端接地，型号为Kinetis K64 MCU的控制端微控制器的GND端接地。

技术方案中所述的被控端蓝牙模块与被控端微控制器之间及被控端微控制器与固态继电器之间采用电线连接是指：

所述的被控端蓝牙模块采用型号为BC417143BGQ的蓝牙模块；被控端微控制器采用型号为Kinetis K64 MCU的微控制器；固态继电器采用型号为SSR-10DA的芯片；型号为Kinetis K64 MCU的被控端微控制器的UART4_RX引脚与型号为BC417143BGQ的被控端蓝牙模块的TXD引脚电线连接，型号为Kinetis K64 MCU的被控端微控制器的UART4_TX引脚与型号为BC417143BGQ的被控端蓝牙模块的RXD引脚电线连接；型号为Kinetis K64 MCU的被控端微控制器的PTC_17引脚与型号为BC417143BGQ的被控端蓝牙模块(2-1)的LED引脚电线连接；型号为Kinetis K64 MCU的被控端微控制器通过型号为ULN2003的功率驱动集成芯片与型号为SSR-10DA的固态继电器电线连接，型号为ULN2003的功率驱动集成芯片的1号引脚与型号为Kinetis K64 MCU的被控端微控制器的PTB_21引脚电线连接，型号为ULN2003的功率驱动集成芯片的16号输出引脚与型号为SSR-10DA的固态继电器的3号引脚电线连接，型号为ULN2003的功率驱动集成芯片的9号引脚与型号为SSR-10DA的固态继电器的4号引脚共同和接正3.3V电源的Vcc端电线连接，型号为ULN2003的功率驱动集成芯片的8号引脚与型号为K64的被控端微控制器的GND引脚电线连接并接地，型号为SSR-10DA的固态继电器的1号引脚、2号引脚之间连接待控家用电器。

技术方案中所述的型号为Kinetis K64 MCU的被控端微控制器的Vcc端与正3.3V的电源电线连接，型号为BC417143BGQ的被控端蓝牙模块的VDD端与正3.3V的电源电线连接，型号为BC417143BGQ的被控端蓝牙模块的GND端接地，型号为Kinetis K64 MCU的被控端微控制器的GND端接地。

一种智能家电控制系统的控制方法，其步骤如下：

1)智能家电控制系统的初始化；

2)控制端向被控端发送检测温度命令；

3)被控端开始温度检测并将检测到的温度值传给控制端；

4)控制端将获得的温度值传给远程云平台；

5)控制端向远程云平台发送获取固态继电器的状态值命令：

6)控制端接收远程云平台发送的固态继电器的状态值并将该值发送给被控端；

7)被控端根据接收到现场时间设置RTC模块并启动RTC模块，之后根据接收到的固态继电器的状态值对控制固态继电器的引脚电平进行修改，检测该引脚值并将该引脚值发送给控制端；

8)控制端将收到的引脚值与收到的固态继电器的状态值进行对比并向远程云平台发送对比结果；

9)被控端完成向控制端发送引脚值后设置RTC模块的定时中断信号，并进入低功耗状态，等待下次唤醒；控制端完成引脚值与固态继电器的状态值对比之后设置RTC模块的定时中断信号，并进入低功耗模式，等待下次唤醒；

10)10秒后RTC模块产生中断相继唤醒控制端和被控端，二者依次从低功耗模式进入正常工作模式，进行下一轮工作。

技术方案中所述的被控端开始温度检测并将检测到的温度值传给控制端的步骤如下：

1)被控端通过被控端蓝牙模块接收到数据流α后，将数据流α通过UART4串口放入软件B结构体中进行拆分，提取结构体成员，即提取功能命令放入状态机中进行判定；

2)如果功能命令为温度获取，则调用温度检测函数获取被控端微控制器中温度传感器检测到的当前温度值；

3)被控端获取温度值后，对软件B更新结构体成员，即更新温度值；

4)被控端通过被控端蓝牙模块将更新温度值的结构体作为数据流α传送给控制端；

5)被控端进入接收等待状态，等待控制端的下一次命令。

技术方案中所述的被控端根据接收到现场时间设置RTC模块并启动RTC模块，之后根据接收到的固态继电器的状态值对控制固态继电器的引脚电平进行修改，检测该引脚值并将该引脚值发送给控制端的步骤如下：

1)被控端接收到已更新继电器状态值的数据流α，对数据流α放入软件B的结构体中进行拆分，提取出现场时间传递给RTC，完成对RTC的设置，被控端的RTC模块开始工作；

2)提取结构体成员，即提取功能命令放入状态机中进行判定，若为获取固态继电器状态，则提取结构体成员，即提取固态继电器控制状态，并按照固态继电器控制状态相应的修改PTB_21引脚的电平，通过修改该引脚的电平值从而改变固态继电器的开关状态，达到控制家用电器工作或停止工作的目的；

3)对PTB_21引脚的电平值进行检测并提取当前引脚状态值，作为固态继电器状态返回并更新到结构体中；

4)被控端将已更新的结构体作为数据流α通过被控端蓝牙模块发送给控制端。

技术方案中所述的控制端将收到的引脚值与收到的固态继电器的状态值进行对比并向远程云平台发送对比结果的步骤如下：

1)控制端将接收到的数据流α放入结构体中进行分解，提取固态继电器控制状态值、固态继电器状态返回与功能命令；

2)将功能命令与固态继电器状态返回放入状态机中进行判断，若功能命令为获取固态继电器状态且固态继电器状态返回值不为初始值；

3)控制端软件A将获取的固态继电器状态返回与固态继电器控制状态二者进行对比，将对比结果与RTC模块的现场时间放入数据流δ中；

4)调用LwIP模块的发送函数将已经更新对比结果和时间的数据流δ发送给远程云平台；

5)控制端重新初始化结构体成员，即重新初始化固态继电器状态返回的值重新初始化为初始值；

6)远程云平台将对收到的数据流δ中的现场时间和数据值记录下来共用户查阅，方便用户在远程查看被控家用电器是否按照用户要求进行工作或停止。

技术方案中所述的被控端完成向控制端发送引脚值后进入低功耗状态，等待下次唤醒的步骤如下：

1)被控端在向控制端发送完已更新固态继电器状态返回的数据流α后设置RTC模块定时中断时间长度为10秒钟；

2)进入低功耗模式进行休眠，等待下次唤醒：即通过定时中断在10秒钟后将控制端微控制器(1-2)从低功耗休眠状态强制调整到正常工作状态，并回到之前所述软件A完成初始化的状态。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统中安装有嵌入式软件的控制端负责命令的控制和数据传输，无需添加GSM模块或者Android智能平台，只需家用宽带和路由器，对于家庭网络已经普及的今天，所述的程智能家电控制系统可以有效的简化设施，降低设备成本和用户话费成本。

2.本发明所述的基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统中的被控端与控制端之间采用蓝牙模块进行通信，降低了系统的通信难度，具有信号质量好，功能扩展强的特点。

3.本发明所述的基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统利用的远程云平台使得用户可以有联网计算机的情况下访问云平台对该检测系统进行控制，且该云平台有配套的手机客户端，用户只需要使用手机下载该客户端，就可以在手机联网状态下随时随地对本发明所述的智能家电控制系统进行监测与控制。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所述的基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统结构原理的示意框图；

图2为本发明所述的基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统的控制端中控制端蓝牙模块与控制端微控制器连接关系的电原理图；

图3为本发明所述的基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统中被控端中被控端蓝牙模块、被控端微控制器及固态继电器连接关系的电原理图；

图4为本发明所述的基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统的控制方法的流程框图；

图5为本发明所述的基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统中安装于控制端的嵌入式软件A的流程框图；

图6为本发明所述的基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统中安装于被控端的嵌入式软件B的流程框图；

图中：1.控制端，2.被控端，1-1.控制端蓝牙模块，1-2.控制端微控制器，2-1.被控端蓝牙模块，2-2.被控端微控制器，2-3.固态继电器，3.远程云平台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1，本发明所述的基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统包括控制端1、被控端2与远程云平台3。

所述的控制端1安装有软件A，被控端2安装有软件B。控制端1包括1个控制端蓝牙模块1-1、1个控制端微控制器1-2；被控端2包括1个被控端蓝牙模块2-1、1个被控端微控制器2-2与1个固态继电器2-3。

控制端1与被控端2所安装的软件在初始化期间，控制端蓝牙模块1-1与被控端蓝牙模块2-1需要完成配对。

控制端1完成对远程云平台3与被控端2的数据接收与命令发送；被控端2通过被控端蓝牙模块2-1接收控制端1所发命令，并根据命令执行相应的动作：采集数据或控制固态继电器2-3。

参阅图2，控制端1包括1个控制端蓝牙模块1-1、1个控制端微控制器1-2。

所述的控制端蓝牙模块1-1采用型号为BC417143BGQ的蓝牙模块；控制端微控制器1-2采用飞思卡尔公司生产的型号为Kinetis K64 MCU的微控制器。控制端微控制器1-2通过控制端蓝牙模块1-1与被控端2以无线通信方式进行通信；控制端微控制器1-2通过网线与远程云平台6以有线通信方式进行通信。

控制端蓝牙模块1-1与控制端微控制器1-2之间采用电线连接，更确切地说，型号为Kinetis K64 MCU的控制端微控制器1-2的UART4_RX引脚与型号为BC417143BGQ的控制端蓝牙模块1-1的TXD引脚电线连接，型号为Kinetis K64MCU的控制端微控制器1-2的UART4_TX引脚与型号为BC417143BGQ的蓝牙模块的RXD引脚电线连接，型号为Kinetis K64 MCU的控制端微控制器1-2的PTD_1引脚与型号为BC417143BGQ的蓝牙模块的LED引脚电线连接，型号为Kinetis K64MCU的控制端微控制器1-2采用正3.3V电源供电，型号为BC417143BGQ的控制端蓝牙模块1-1的VDD端与正3.3V的电源电线连接，型号为Kinetis K64 MCU的控制端微控制器1-2的Vcc端与正3.3V的电源电线连接；型号为BC417143BGQ的控制端蓝牙模块1-1的GND端接地，型号为Kinetis K64 MCU的控制端微控制器1-2的GND端接地。

参见图3，被控端2包括1个被控端蓝牙模块2-1、1个被控端微控制器2-2与1个固态继电器2-3。

所述的被控端蓝牙模块2-1采用型号为BC417143BGQ的蓝牙模块；被控端微控制器2-2采用飞思卡尔公司生产的型号为Kinetis K64 MCU的微控制器；固态继电器2-3采用台湾阳明电机股份有限公司生产的型号为SSR-10DA的芯片。固态继电器2-3的另一端与需要控制的家用电器连接，在本图中不做描述。被控端微控制器2-2通过被控端蓝牙模块2-1与控制端1以无线通信方式进行数据通信。为了保证固态继电器2-3工作的可靠性与稳定性，在被控端微控制器2-2与固态继电器2-3之间加了型号为ULN2003的功率驱动集成芯片。

被控端蓝牙模块2-1与被控端微控制器2-2之间及被控端微控制器2-2与固态继电器2-3之间采用电线连接，更确切地说，型号为Kinetis K64 MCU的被控端微控制器2-2的UART4_RX引脚与型号为BC417143BGQ的被控端蓝牙模块2-1的TXD引脚电线连接，型号为Kinetis K64 MCU的被控端微控制器2-2的UART4_TX引脚与型号为BC417143BGQ的被控端蓝牙模块2-1的RXD引脚电线连接，型号为Kinetis K64 MCU的被控端微控制器2-2的PTC_17引脚与型号为BC417143BGQ的被控端蓝牙模块2-1的LED引脚电线连接；型号为KinetisK64MCU的被控端微控制器2-2的Vcc端采用正3.3V的电源供电，型号为BC417143BGQ的被控端蓝牙模块2-1的VDD端与正3.3V电源电线连接，型号为BC417143BGQ的被控端蓝牙模块2-1的GND端接地，型号为Kinetis K64 MCU的被控端微控制器2-2的GND端接地。

型号为Kinetis K64 MCU的被控端微控制器2-2通过型号为ULN2003的功率驱动集成芯片完成对型号为SSR-10DA的固态继电器2-3的驱动，型号为ULN2003的功率驱动集成芯片的1号引脚与型号为Kinetis K64 MCU的被控端微控制器2-2的PTB_21引脚电线连接，型号为Kinetis K64 MCU的被控端微控制器2-2的PTB_21引脚上的电平的改变就可以完成对智能家电状态的控制，型号为ULN2003的功率驱动集成芯片的16号输出引脚与型号为SSR-10DA的固态继电器2-3的3号引脚电线连接，型号为ULN2003的功率驱动集成芯片的9号引脚与型号为SSR-10DA的固态继电器2-3的4号引脚共同与正3.3V电源电线连接，型号为ULN2003的功率驱动集成芯片的8号引脚与型号为K64的被控端微控制器2-2的GND端电线连接在一起并接地。型号为SSR-10DA的固态继电器2-3的1号引脚、2号引脚之间连接待控家用电器。

参阅图4，基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统的控制方法的步骤如下：

1.智能家电控制系统的初始化：

所述的智能家电控制系统的初始化包括控制端的初始化与被控端的初始化，初始化为系统正式开始工作前需要完成的准备工作，包括控制端微控制器1-2与被控端微控制器2-2的设置，启动各个功能模块和定义软件中所需的变量。

控制端的初始化

参阅图5，在控制端1所安装的软件A中从开始到蓝牙配对完成为控制端1所安装的软件A的初始化阶段，该阶段包括以下几个部分：数据流和结构体的定义，LwIP模块的启动，控制端微控制器1-2的串口、RTC模块设置和启动、蓝牙模块设置、与用户通信获取现场时间和等待蓝牙配对完成。

1)数据流和结构体的初始化

软件A定义数据流α、β、γ、δ和结构体，结构体由以下成员组成：2字节功能命令，12字节当前记录时间(年、月、日、时、分、秒)，1字节固态继电器2-3控制状态，1字节固态继电器2-3状态返回，4字节温度值；数据流α由结构体的各个成员依次排列组成，用于控制端1与被控端2相互通信时使用，定义数据流α时将其定义为一个与结构体大小相等初值为0的字符串；数据流β、γ、δ定义为三个字符串，用于与远程云平台3通信，数据流β、δ由时间变量、数值变量与固定的字符组成，其中时间变量，数值变量分别用于装载从RTC模块获取的现场时间，温度值或固态继电器2-3状态对比值，数据流γ是由固定的字符组成的一个字符串；数据流β、γ、δ都是远程云平台3要求的标准格式的字符串：数据流β用于向远程云平台3发送温度值，数据流γ用于向远程云平台3发送获取固态继电器2-3状态的命令，数据流δ用于向远程云平台发送固态继电器2-3的控制对比结果。控制端1与被控端2进行相互通信时先将结构体放入数据流α中，然后将数据流α发送给对方，这样做的好处是在进行通信时不需要每次发送不同的数据，只需要改变结构体中成员的值，并将已放入结构体的数据流α发送给对方即可；

2)LwIP模块是一个软件模块，该模块是一个轻量级的TCP/IP协议，用于控制端1与远程云平台3之间进行通信；LwIP模块的启动分为以下几个步骤：启动netif网络端口，启动DHCP服务用于向路由器申请自动IP地址，等待路由器分配IP地址，将得到的IP地址分配给netif网络端口，并启动该netif网络端口；

3)串口、RTC模块设置和启动包括两个部分：控制端微控制器1-2的UART0串口模块作为与用户电脑进行通信的串口，该串口被设置为9600波特率，1位停止位与无奇偶校验位；控制端微控制器1-2的UART4串口模块作为与控端蓝牙模块1-1相连进行通信的串口，该串口被设置为9600波特率，1位停止位与无奇偶校验位，完成UART0串口模块和UART4串口的设置后，立即将两个串口模块启动；RTC模块为控制端微控制器1-2中的一个功能模块，该模块可以记录时间并产生定时中断信号，该模块被设置为定时中断信号产生使能，并设置RTC模块的计数器每秒钟加1，使RTC模块可以记录时间，完成设置后暂不启动RTC模块；

4)蓝牙模块设置：本发明所选用的蓝牙模块为主从一体式蓝牙模块，控制端1所安装软件A对控制端蓝牙模块1-1输入AT命令，将控制端蓝牙模块1-1设置为主机模式、9600波特率、1位停止位与无奇偶校验位，以便和控制端微控制器1-2的UART4串口模块设置相匹配；

5)与用户通信获取现场时间：控制端1通过已经初始化完成的UART0串口与用户进行通信，要求用户输入现场时间，该时间不仅控制RTC模块设置现场时间与定时中断信号，控制端1与被控端2时钟同步，且控制端1向远程云平台3发送温度数据时也需要RTC模块记录的现场时间作为补充，控制端1收到现场时间后将现场时间传给RTC模块，并启动RTC模块；

6)等待蓝牙配对完成：完成获取现场时间后，控制端1对PTD_1引脚电平循环判断，PTD_1引脚与控制端蓝牙模块1-1的LED引脚相连，该模块的LED引脚用于判断蓝牙模块是否已经配对成功，当控制端蓝牙模块1-1与被控端蓝牙模块2-1配对成功后，LED引脚输出高电平；当判断PTD_1引脚电平为高电平时跳出循环，完成控制端1的初始化。

判断PTD_1电平循环的好处是，只有当控制端1与被控端2都完成初始化，并且控制端蓝牙模块1-1与被控端蓝牙模块2-1完成配对的情况下，控制端1与被控端2开始正式工作，以防止控制端1与被控端2之间出现工作状态不统一造成系统死机。

被控端的初始化

参阅图6，从开始到蓝牙配对完成为被控端2所安装的软件B的初始化阶段，该阶段包括以下几个部分：数据流和结构体的定义，被控端微控制器2-2的串口、RTC模块设置与启动，蓝牙模块设置，温度检测模块设置和等待蓝牙配对完成。

1)被控端2所安装的软件B数据流和结构体的定义：

软件B定义数据流α和结构体，结构体由以下成员组成：2字节功能命令，12字节当前记录时间(年、月、日、时、分、秒)，1字节固态继电器2-3控制状态，1字节固态继电器2-3状态返回，4字节温度值；数据流α由结构体的各个成员依次排列组成，用于被控端2与控制端1相互通信时使用，定义数据流α时将其定义为一个与结构体大小相等初值为0的字符串；被控端2与控制端1相互通信时先将结构体放入数据流α中，然后将数据流α发送给对方；

2)串口、RTC模块设置和启动包括两个部分：被控端微控制器2-2的UART4串口模块作为与被控端蓝牙模块2-1相连进行通信的串口，该串口被设置为9600波特率、1位停止位与无奇偶校验位，完成UART4串口设置后，立即将串口模块启动；RTC模块为被控端微控制器2-2中的一个功能模块，该模块可以记录时间并产生定时中断信号，该模块被设置为定时中断信号产生使能，并设置RTC模块的计数器每秒钟加1，使RTC模块可以记录时间，完成设置后暂不启动RTC模块；

3)蓝牙模块设置：本发明所选用的蓝牙模块为主从一体式蓝牙模块，被控端2所安装软件B对被控端蓝牙模块2-1输入AT命令，将被控端蓝牙模块2-1设置为从机模式、9600波特率、1位停止位与无奇偶校验位，以便和被控端微控制器2-2的UART4串口模块相匹配；

4)温度检测函数为软件B中的一段程序，主要功能为取得被控端微控制器2-2中温度传感器获取的温度值(室温或被控家用电器内部温度)，该模块的设置分为以下几个步骤：启动被控端微控制器2-2集成的温度传感器，之后向温度传感器发送获取温度命令，温度传感器接收到获取温度命令后会连续的获取当前温度值；当被控端2需要获取温度值时将温度传感器测量到的温度值取回即可；

5)等待蓝牙配对完成：完成获取现场时间后，软件B进入对PTC_17引脚电平的循环判断，PTC_17引脚与被控端蓝牙模块2-1的LED引脚相连，该模块的LED引脚用于判断蓝牙模块是否已经配对成功，当被控端蓝牙模块2-1与控制端蓝牙模块1-1配对成功后，LED引脚输出高电平；当判断PTC_17引脚电平为高电平时跳出循环，完成被控端2的初始化。

2.控制端向被控端发送检测温度命令：

1)参阅图5，控制端1完成软件A的初始化后，设置结构体成员，即设置功能命令为温度获取，并由RTC模块将其所记录的现场时间传给结构体成员，即传给当前记录时间；

2)参阅图5，将修改过的结构体放入数据流α中，通过控制端蓝牙模块1-1将数据流α传送给被控端2。

3.被控端开始温度检测并将检测到的温度值传给控制端：

1)参阅图6，被控端2通过被控端蓝牙模块2-1接收到数据流α后，软件B将数据流α按照结构体各个成员大小进行拆分，并将拆分出来的值分别赋值给结构体的各个成员，并提取结构体成员，即提取功能命令放入状态机中进行判定,状态机是软件A与软件B中的一段程序，本质上是一个switch选择函数，软件A中的状态机用于判断当前的结构体成员功能命令和固态继电器2-3状态返回的值，并根据功能命令的值确定向远程云平台3或被控端2发送命令或数据，软件B中的状态机用于判断当前的结构体成员功能命令的，并根据功能命令的值确定进行温度检测或控制固态继电器2-3；

2)如果功能命令为温度获取，则调用软件B中温度检测模块获取温度传感器检测到的温度值，被控端2所安装的软件B在初始化阶段已经完成温度检测模块的设置，即温度传感器已经开始持续的检测当前温度值，此时只需要提取温度传感器检测到的当前温度值即可；

3)被控端2获取温度值后，软件B对结构体进行更新，将温度值放入结构体成员，即放入温度值中；

4)被控端2将结构体放入数据流α中，并通过被控端蓝牙模块2-1传送给控制端1；

5)被控端2进入接收等待状态，等待控制端1的下一次命令。

4.控制端将获得的温度值传给远程云平台

1)参阅图5，控制端1通过控制端蓝牙模块1-1接收到数据流α后，软件A将数据流α按照结构体各个成员大小进行拆分，并将拆分出来的值分别赋值给结构体的各个成员，并提取结构体成员，即提取功能命令的值与固态继电器2-3状态返回的值放入状态机中进行判断；

2)若功能命令为温度获取，则软件A提取结构体成员，即提取温度值，连同从RTC模块中提取出的新现场时间一同放入数据流β中；

3)控制端1调用LwIP模块中的发送函数，将数据流β发送给远程云平台3。

5.控制端1向远程云平台3发送获取固态继电器2-3的状态值命令：

1)参阅图5，控制端1在完成向远程云平台3发送温度值后，更新结构体成员，更新功能命令为获取固态继电器2-3状态；

2)控制端1所安装的软件A提取结构体成员，即提取功能命令与固态继电器2-3状态返回放入状态机中进行判断，若功能命令为获取固态继电器2-3状态，且固态继电器2-3状态返回的值为初始值；

3)控制端1调用LwIP模块中的发送函数，将之前已经初始化好的数据流γ发送给远程云平台3。

6.控制端1接收远程云平台3发送的固态继电器2-3的状态值并将该值发送给被控端2：

1)参阅图5，控制端1发送数据流γ后，调用LwIP模块中的接收函数，并进行等待；

2)软件A的LwIP模块的接收函数收到远程云平台3发送的标准数据流ε后，软件A将数据流ε进行拆分，提取出固态继电器2-3的状态值，将固态继电器2-3的状态值更新到结构体成员，即更新到固态继电器2-3控制状态中，并将RTC模块记录的现场时间提取出来更新到结构体成员，即更新到当前记录时间中；

3)软件A的结构体完成更新后，软件A将结构体放入数据流α，通过控制端蓝牙模块1-1将数据流α发送给被控端2。

7.被控端2根据接收到现场时间设置RTC模块并启动RTC模块，之后根据接收到的固态继电器2-3的状态值对控制固态继电器2-3的引脚电平进行修改，检测该引脚值并将该引脚值发送给控制端1：

1)参阅图6，被控端2通过被控端蓝牙模块2-1接收到数据流α后，软件B将数据流α按照结构体各个成员大小进行拆分，并将拆分出来的值分别赋值给结构体的各个成员，并提取结构体成员，即提取当前记录时间传递给RTC模块，启动RTC模块；

2)软件B提取结构体成员，即提取功能命令放入状态机中进行判定，若为获取固态继电器2-3状态，则提取结构体成员，即提取固态继电器2-3控制状态，并按照固态继电器2-3控制状态相应的修改PTB_21引脚的电平，从而改变固态继电器2-3的开关状态，达到控制家用电器工作或停止(上电或断电)工作的目的；

3)被控端2对PTB_21引脚的电平值进行检测，并提取当前引脚状态值，作为结构体成员，即作为固态继电器2-3状态返回的值；

4)被控端2将结构体放入数据流α中，通过被控端蓝牙模块2-1将数据流α发送给控制端1。

8.控制端1将收到的引脚值与收到的固态继电器2-3的状态值进行对比，并向远程云平台3发送对比结果：

1)参阅图5，控制端1通过控制端蓝牙模块1-1接收到数据流α后，软件A将数据流α按照结构体各个成员大小进行拆分，并将拆分出来的值分别赋值给结构体的各个成员，并提取结构体成员，即提取固态继电器2-3控制状态值、固态继电器2-3状态返回与功能命令；

2)软件A提取结构体成员，即提取功能命令与固态继电器2-3状态返回放入状态机中进行判断，若功能命令为获取固态继电器2-3状态且固态继电器2-3状态返回值不为初始值；

3)软件A提取结构体成员，即提取固态继电器2-3状态返回与固态继电器2-3控制状态二者进行对比，将对比结果与RTC模块记录的现场时间放入数据流δ中，如果固态继电器2-3控制状态与固态继电器2-3状态返回的值相同，则对比结果设为0，表示固态继电器2-3成功按照用户的设置进行操作；如果值不相同，则对比结果设为1，表示固态继电器2-3未能按照用户的设置进行操作；

4))控制端1调用LwIP模块的发送函数将已经更新对比结果和时间的数据流δ发送给远程云平台3；

5)软件A重新初始化结构体成员，即重新初始化固态继电器2-3状态返回的值为初始值；

6)远程云平台3将对收到的数据流δ中的现场时间和数据值记录下来共用户查阅，方便用户在远程查看被控家用电器是否按照用户要求进行工作或停止(上电或断电)。

9.被控端2完成向控制端1发送引脚值后设置RTC模块产生定时中断信号，并进入低功耗状态，等待下次唤醒；控制端1完成引脚值与固态继电器2-3的状态值对比之后设置RTC模块产生定时中断信号，并进入低功耗模式，等待下次唤醒：

1)参阅图6，被控端2在向控制端1发送完已更新固态继电器2-3状态返回的数据流α后软件B设置RTC模块定时中断信号10秒钟产生；

2)被控端2进入低功耗模式进行休眠，等待下次唤醒：即定时中断信号在10秒钟后产生，将控制端微控制器1-2从低功耗休眠状态强制调整到正常工作状态，并回到之前所述软件B完成初始化的状态；

3)参阅图5，控制端1在向远程云平台3发送完数据流δ后软件A设置RTC模块定时中断信号10秒钟后产生；

4)控制端1进入低功耗状态进行休眠，等待下次唤醒：即定时中断信号在10秒钟后产生，将控端微控制器1-2从低功耗休眠状态强制调整到正常工作状态，并回到之前所述软件A完成初始化的状态。

10.10秒后RTC模块产生中断相继唤醒控制端1和被控端2，二者依次从低功耗模式进入正常工作模式，进行下一轮工作：

1)参阅图5与图6，10秒后被控端2与控制端1的RTC模块产生定时中断信号，中断信号将被控端微控制器2-2与控制端微控制器1-2从低功耗模式中唤醒；

2)使控制端1与被控端2进入工作模式，进行下一轮的工作即从前面所述的步骤2开始继续向下执行。

实施例：

在本实施案例中实现对一个被控端2的远程控制，远程云平台3为Yeelink云平台，控制端1通过串口与用户电脑通信获取初始化时所需的现场时间，1个被控家用电器具体型号为220V/60W，灯头接口为E14的西门子欧司朗白炽灯泡，灯泡默认状态为熄灭(固态继电器2-3默认状态为断开)。控制端1与被控端2位于吉林大学南岭校区基础楼512室，用户先在512室完成对控制端1现场时间的初始化，完成之后用户在吉林大学南岭校区交通楼8楼与长春市随机某地登录远程云平台3，基础楼与交通楼相隔约40米，基础楼与长春市随机某地相隔距离随机。

参阅图4，基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统的控制方法的步骤如下：

1.系统初始化：

1)控制端1首先初始化结构体与数据流、LwIP模块、串口模块与RTC模块、蓝牙模块；同时被控端2初始化数据流与结构体、串口模块与RTC模块、蓝牙模块；

2)控制端1完成上述初始化之后通过UART0串口模块与用户电脑进行通信，要求用户输入现场时间，此时被控端2已经进入等待蓝牙模块配对完成的状态，

3)控制端1接收到用户发送的现场时间后，进入等待蓝牙模块配对完成状态，由于本发明的软件设计，被控端2的被控端微控制器2-2会一直对被控端蓝牙模块2-1的LED引脚进行检测，直到被控端蓝牙模块2-1与控制端蓝牙模块1-1完成配对完成，被控端2与控制端1才会跳出检测，完成初始化，保证控制端1与被控端2能够同步工作，

4)控制端蓝牙模块1-1与被控端蓝牙模块2-1完成配对之后，控制端1与被控端2进入工作模式。

2.基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统的控制端1与被控端2在完成初始化后，控制端1所安装的软件A修改结构体成员，即修改功能命令为温度获取，之后软件A提取控制端微控制器1-2的RTC模块所记录的现场时间并将现场时间传给结构体成员，即传给当前记录时间；

控制端1所安装软件A将结构体放入数据流α并通过控制端蓝牙模块1-1将数据流α传给被控端2；

3.基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统的被控端2通过被控端蓝牙模块2-1接收到控制端1传送的数据流α后，被控端2所安装软件B将数据流α按照结构体各个成员大小进行拆分，并将拆分出来的数据分别赋值给结构体的各个成员；

被控端2所安装软件BB提取结构体成员，即提取功能命令放入状态机中进行判断，如果功能命令为温度检测，则调用温度检测模块获取基础楼512室的室内温度值；

被控端2所安装软件B将获取的基础楼512室的室内温度值放入结构体成员，即放入温度值，并将结构体放入数据流α中，通过被控端蓝牙模块2-1将数据流α传送给控制端1。

4.基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统的控制端1通过控制端蓝牙模块1-1接收到数据流α后，控制端1所安装软件A将数据流α按照结构体各个成员大小进行拆分，并将拆分后的值分别放入结构体的各个成员中，软件A提取结构体成员，即提取功能命令和固态继电器2-3状态返回放入状态机中进行判断，如果功能命令为温度检测，则提取结构体成员，即提取温度值和RTC模块所记录的现场时间，并将二者放入数据流β中；控制端1所安装软件A调用LwIP模块发送函数将数据流β发送给远程云平台3。

在Yeelink云平台在收到基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统的控制端1发送的数据流β后，将其中的温度值与现场时间记录下来，并在远程云平台3上显示，用户就可以在远程云平台3上看到被控端2采集到的室内温度值，与温度值一同显示的时间表示控制端1发送该温度值时的时间：实施例中用户既可以在交通楼八楼通过电脑在Yeelink上看到被控端2采集到的基础楼512室的室内温度值与检测时间，也可以通过手机客户端查看。

5.基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统的控制端1所安装软件A修改结构体成员，即修改功能命令为获取固态继电器2-3状态，并提取结构体成员，即提取功能命令和固态继电器2-3状态返回放入状态机中进行判断，如果功能命令为获取固态继电器2-3状态，且固态继电器2-3状态返回的值为初始值，控制端1所安装软件A调用LwIP模块发送函数将数据流γ发送给远程云平台3；

远程云平台3在收到控制端1发送的数据流γ后，将用户设定的固态继电器2-3开关的值(0或1：0代表关闭固态继电器2-3,1代表打开固态继电器2-3)放入数据流ε中发送给控制端1；

控制端1所安装软件A调用LwIP模块接收函数，接收远程云平台3发送的数据流ε，完成接收后软件A将数据流ε拆分，提取用户设置的固态继电器开关的值，并将其赋值给结构体成员，即赋值给固态继电器2-3控制状态，完成赋值后，提取RTC模块记录的现场时间，并将现场时间赋值给结构体成员，即赋值给当前记录时间；之后软件A将结构体放入数据流α中，并将数据流α通过控制端蓝牙模块1-1传送给被控端2。

6.被控端2通过被控端蓝牙模块2-1接收到控制端1传送的数据流α后，被控端2所安装软件B将数据流α按照结构体各个成员大小进行拆分，并将拆分出来的数据分别赋值给结构体的各个成员；

被控端2所安装软件B提取结构体成员，即提取当前记录时间，并将提取出的时间值发送给RTC模块，启动RTC模块；软件B提取结构体成员，即提取功能命令放入状态机进行判断，如果功能命令为获取固态继电器2-3状态，则按照结构体成员，即按照固态继电器2-3控制状态的值(用户在远程云平台3上设定的固态继电器2-3的开关状态)对控制固态继电器2-3的引脚做相应的修改(修改为高电平或低电平从而打开或关闭固态继电器2-3)。

7.基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统被控端2所安装软件B完成修改控制固态继电器2-3的引脚后，检测该引脚的电平值，并将得到的值赋值给结构体成员，即赋值给固态继电器2-3状态返回，并将结构体放入数据流α中，通过被控端蓝牙模块2-1将数据流α传送给控制端1；

控制端1通过控制端蓝牙模块1-1接收到数据流α后，将数据流α按照结构体各个成员大小进行拆分，并将拆分出来的数据分别赋值给结构体的各个成员，软件A提取结构体成员，即提取功能命令和固态继电器2-3状态返回放入状态机中进行判断，如果功能命令为获取固态继电器2-3状态，且固态继电器2-3状态返回的值不为初始值，则提取结构体成员，即提取固态继电器2-3控制状态与固态继电器2-3状态返回，将二者做对比，并将对比结果连同从RTC模块提取出的现场时间放入数据流δ，控制端1所安装软件A调用LwIP模块发送函数，将数据流δ发送给远程云平台3；远程云平台3接收到控制端1发送的数据流δ后，提取对比结果和时间并记录下来，供用户查看。

8.用户可以在随时在远程云平台3上设置固态继电器2-3的状态值，状态值分为两种:0,1(关闭，打开)；并在10秒钟内观察到与固态继电器2-3所连接的灯泡的开关变化，如果用户在远程云平台3上设置固态继电器2-3的状态值为1(打开)，则与固态继电器2-3相连的灯泡处于点亮的状态，如果设置状态值为0(关闭)，则灯泡亮灭没有变化，处于熄灭状态。

实施例中，用户通过电脑设置Yeelink云平台的固态继电器2-3状态值为1即打开固态继电器2-3，设置完成后来到基础楼512，看到与固态继电器2-3相连的灯泡为点亮状态，用户查看Yeelink云平台上显示的对比值，对比值为0，显示固态继电器2-3正确执行用户的设置；用户回到交通楼8楼通过电脑设置Yeelink云平台的固态继电器2-3状态为灭，到达基础楼512后，看到与固态继电器2-3相连的灯泡为熄灭状态，用户查看Yeelink云平台显示的对比值，对比值结果为0，显示固态继电器2-3正确执行用户的设置；

用户完成电脑控制基础楼512安放的灯泡后，来到空地上使用Yeelink云平台手机客户端对灯泡进行控制，其结果用户通过电脑对灯泡进行控制的结果相同。

9.基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统的控制端1与被控端2完成本轮工作后，分别进入低功耗状态进行休眠，10秒钟后控制端1与被控端2分别唤醒重新进入工作状态；由于被控端2要比控制端1早进入低功耗状态，所以被控端2的唤醒时间要早于控制端1，这样做的目的是保证控制端1向被控端2发送温度控制命令时，被控端2已经处于接受等待状态(参阅图5、6)，强制同步控制端1与被控端2，将之前一轮工作中所累积的时间误差清零；

基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统中软件A和软件B设置为每10秒钟进行一轮工作循环，这样做有以下几点好处：首先是系统在低功耗状态下休眠10秒钟可以有效降低系统的总体功耗水平；其次10秒钟的低功耗休眠可以消散控制端1的控制端微控制器1-2将之前工作时产生的热量，使控制端微控制器1-2内部集成的温度传感器真实的记录当前室内温度，而不会产生误差。

控制结果：

1.实施例中对基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统的耗电量进行了测试得到下表

	控制端	被控端
			正常工作模式	11.4mA-12.3mA	9.9mA-10.1mA
低功耗休眠模式	125μA-137μA	125μA-137μA
			蓝牙模块工作模式	5.7mA-8.3mA	20.9mA-24.3mA
蓝牙模块等待模式	3.3mA-4.2mA	3.3mA-4.2mA
			正常工作时间	1s	1s
低功耗时间	10s	10s

2.用户在电脑或手机客户端控制电灯，在10秒钟内可以成功的对电灯进行开关控制，并可以看到每隔10秒钟记录一次的室内温度值；在本实施例中基于LwIP的嵌入式智能家电低功耗远程监控系统一共运行超过12小时；

3.通过对控制系统运行状态的检测与耗电量测量可以得到下述结论：

1)用户通过不同的方式，在不同的距离对基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统进行控制，均能够有效的达到目的；

2)同时该控制系统在其一个工作周期内的平均耗电量为：控制端1为4.7mA(3.3V)，被控端2为6.1mA(3.3V)。

3)该发明相比于其它的智能家电控制系统具有控制方式简单，控制系统所需的电量低，不需要用户使用短信进行操作，对话费的需求小等优点。

本实施例也证实了本发明中所提出的一种基于LwIP的低功耗远程智能家电控制系统及其控制方法的有效性、可行性。

Claims (5)

1.一种智能家电控制系统的控制方法，其特征在于，所述的智能家电控制系统的控制方法的步骤如下：

1)智能家电控制系统的初始化；

2)控制端(1)向被控端(2)发送检测温度命令；

3)被控端(2)开始温度检测并将检测到的温度值传给控制端(1)；

4)控制端(1)将获得的温度值传给远程云平台(3)；

5)控制端(1)向远程云平台(3)发送获取固态继电器(2-3)的状态值命令：

6)控制端(1)接收远程云平台(3)发送的固态继电器(2-3)的状态值并将该值发送给被控端(2)；

7)被控端(2)根据接收到现场时间设置RTC模块并启动RTC模块，之后根据接收到的固态继电器(2-3)的状态值对控制固态继电器(2-3)的引脚电平进行修改，检测该引脚值并将该引脚值发送给控制端(1)；

8)控制端(1)将收到的引脚值与收到的固态继电器(2-3)的状态值进行对比并向远程云平台(3)发送对比结果；

9)被控端(2)完成向控制端(1)发送引脚值后设置RTC模块的定时中断信号，并进入低功耗状态，等待下次唤醒；控制端(1)完成引脚值与固态继电器(2-3)的状态值对比之后设置RTC模块产生定时中断信号，并进入低功耗模式，等待下次唤醒；

10)10秒后RTC模块产生中断相继唤醒控制端(1)和被控端(2)，二者依次从低功耗模式进入正常工作模式，进行下一轮工作。

2.按照权利要求1所述的智能家电控制系统的控制方法，其特征在于，所述的被控端(2)开始温度检测并将检测到的温度值传给控制端(1)的步骤如下：

1)被控端(2)通过被控端蓝牙模块(2-1)接收到数据流α后，将数据流α通过UART4串口放入软件B结构体中进行拆分，提取结构体成员，即提取功能命令放入状态机中进行判定；

2)如果功能命令为温度获取，则调用温度检测函数获取被控端微控制器(2-2)中温度传感器检测到的当前温度值；

3)被控端(2)获取温度值后，对软件B更新结构体成员，即更新温度值；

4)被控端(2)通过被控端蓝牙模块(2-1)将更新温度值的结构体作为数据流α传送给控制端(1)；

5)被控端(2)进入接收等待状态，等待控制端(1)的下一次命令。

3.按照权利要求1所述的智能家电控制系统的控制方法，其特征在于，所述的被控端(2)根据接收到现场时间设置RTC模块并启动RTC模块，之后根据接收到的固态继电器(2-3)的状态值对控制固态继电器(2-3)的引脚电平进行修改，检测该引脚值并将该引脚值发送给控制端(1)的步骤如下：

1)被控端(2)接收到已更新继电器状态值的数据流α，对数据流α放入软件B的结构体中进行拆分，提取出现场时间传递给RTC，完成对RTC的设置，被控端(2)的RTC模块开始工作；

2)提取结构体成员，即提取功能命令放入状态机中进行判定，若为获取固态继电器(2-3)状态，提取结构体成员，即提取固态继电器(2-3)控制状态，并按照固态继电器(2-3)控制状态相应的修改PTB_21引脚的电平，通过修改该引脚的电平值从而改变固态继电器(2-3)的开关状态，达到控制家用电器工作或停止工作的目的；

3)对PTB_21引脚的电平值进行检测并提取当前引脚状态值，作为固态继电器(2-3)状态返回并更新到结构体中；

4)被控端(2)将已更新的结构体作为数据流α通过被控端蓝牙模块(2-1)发送给控制端(1)。

4.按照权利要求1所述的智能家电控制系统的控制方法，其特征在于，所述的控制端(1)将收到的引脚值与收到的固态继电器(2-3)的状态值进行对比并向远程云平台(3)发送对比结果的步骤如下：

1)控制端(1)将接收到的数据流α放入结构体中进行分解，提取固态继电器(2-3)控制状态值、固态继电器(2-3)状态返回与功能命令；

2)将功能命令与固态继电器(2-3)状态返回放入状态机中进行判断，若功能命令为获取固态继电器(2-3)状态且固态继电器(2-3)状态返回值不为初始值；

3)控制端(1)软件A将获取的固态继电器(2-3)状态返回与固态继电器(2-3)控制状态二者进行对比，将对比结果与RTC模块的现场时间放入数据流δ中；

4)调用LwIP模块的发送函数将已经更新对比结果和时间的数据流δ发送给远程云平台(3)；

5)控制端(1)重新初始化结构体成员，即重新初始化固态继电器(2-3)状态返回的值重新初始化为初始值；

6)远程云平台(3)将对收到的数据流δ中的现场时间和数据值记录下来共用户查阅，方便用户在远程查看被控家用电器是否按照用户要求进行工作或停止。

5.按照权利要求4所述的智能家电控制系统的控制方法，其特征在于，所述的被控端(2)完成向控制端(1)发送引脚值后进入低功耗状态，等待下次唤醒的步骤如下：

1)被控端(2)在向控制端(1)发送完已更新固态继电器(2-3)状态返回的数据流α后设置RTC模块定时中断时间长度为10秒钟；

2)进入低功耗模式进行休眠，等待下次唤醒：即通过定时中断在10秒钟后将控制端微控制器(1-2)从低功耗休眠状态强制调整到正常工作状态，并回到之前所述软件A完成初始化的状态。