CN113240894A - 一种具有优化正弦振幅波形无线信号的远程遥控器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有优化正弦振幅波形无线信号的远程遥控器，包括移动控制终端、远程控制器、与所述远程控制器通过Zigbee无线通信网络连接的若干个红外遥控器以及若干个接收所述红外遥控器发射的红外线控制信号的电器，红外遥控控制模块采用以s_n和φ_n作为设计变量，计算经过多径信道l传播之后所述Zigbee无线信号接收模块接收到的信号y(t)，并所有波形的余弦项建设性地相互叠加并在Zigbee发射信号的最大功率P_T为凸的约束条件下进行优化，然后继续优化所述Zigbee无线信号接收模块接收到的信号的正弦波振幅s_n，减少了红外遥控器接收Zigbee信号的噪声，能够准确识别信号，进而避免电器误开或误关。

Description

一种具有优化正弦振幅波形无线信号的远程遥控器

技术领域

本发明属于遥控器技术领域，具体涉及一种具有优化正弦振幅波形无线信号的远程遥控器。

背景技术

遥控器作为一种远程控制设备，早已渗透到人们日常生活的方方面面。如今的家用电器几乎都支持遥控操作，大到电视机、空调、冰箱，小到相机、音响、收音机等等，从几十元到上万元的家电产品都配有相应的遥控器。由于红外技术具有成本低廉、技术成熟的优点，自1980年问世以来就作为家电产品的主流遥控技术一直沿用至今。但是伴随着科技的进步，人们对生活品质的追求也在不断提升，目前红外技术已经不能满足人们日益复杂的应用需求。

IT技术的快速发展使得越来越多的新生家电走向市场，国内经济的迅速提高更使得居民有能力购买各式各样的家电。因此常常要因为操控不同的家电而更换不同的遥控器，这让用户倍感不便，能够用一个遥控器控制不同家电的多功能遥控器，就应允而生。但如今的多功能遥控器大都用MCU实现，价格昂贵。

传统的红外遥控器还要存在以下问题：

1)家电设备间的遥控编码互不兼容，随着家电设备的增多，遥控器的数量也必须增加。

2)遥控对指向性要求较高，需要用户对准受控设备才能实现控制操作，导致用户体验不佳。

3)信号为视距传输，在家用场景下，不能跨房间遥控。

4)遥控器多为按键式布局，人机交互方式不够友好。

5)遥控器不具备扩展功能，不能按照用户的需要增添新的受控设备，无法实现多合一的遥控操作。

因此市场迫切需要一种功能丰富、操作便捷、信号稳定，远程控制器向遥控器发送无线信号时具有优化正弦振幅波形无线信号的新型遥控器设备，以便减少家用遥控器的数量，延长遥控距离，改善操控体验。

发明内容

本发明针对上述缺陷，提供一种功能丰富、操作便捷、信号稳定，远程控制器向遥控器发送无线信号时具有优化正弦振幅波形无线信号的远程遥控器。

本发明提供如下技术方案：一种具有波形优化的无线信号算法的远程遥控器，包括移动控制终端、与移动控制终端通过无线连接的远程控制器、与所述远程控制器通过Zigbee无线通信网络连接的若干个红外遥控器以及若干个接收所述红外遥控器发射的红外线控制信号的电器，每个所述红外遥控器红外信号控制一个所述电器，所述电器包括红外信号接收模块、控制模块、学码按键模块，所述红外信号接收模块和所述学码按键模块分别与控制模块通信连接；

所述远程控制器包括无线通信模块、FPGA中央控制模块、Zigbee无线发射模块和远程控制供电模块；

所述红外线遥控器包括红外遥控控制模块、红外线发射模块、接收远程控制信号的Zigbee无线信号接收模块；

所述红外线遥控控制模块接收到Zigbee无线发射模块传递的指令后，对接收到的Zigbee无线信号进行优化正弦波振幅，包括以下步骤：

S1：构建接收到的频带连续的Zigbee信号模型，设置其频率f_n＝f₀+(n-1)Δ_f，并计算总带宽B和中心频率f_c，其中，n＝1,2,…,N，并且f₀≥f_min，Δ_f>0，进而使得f₀/Δ_f为整数，并且f₀+(N-1)Δ_f≤f_max；总带宽B＝f_max-f_min，中心频率f_c＝(f_max+f_min)/2；

其中所述Zigbee信号模型为[f_min,f_max]，f_min>0，f_max>f_min；

S2：构建接收到的Zigbee无线发射模块于时刻t发送信号x(t)模型，所述Zigbee无线发射模块在周期为T、发射最大功率P_T下进行多径信道传播发射信号x(t)，多径信道中的一条路径用l代表，共有L条信道，l＝1,2,…L，所述L≥1，其中所述发射信号

其中，ω_n＝2πf_n并且

其中s_n≥0且0≤φ_n<2π，s_n表示频率f_n处第n个正弦波的振幅，φ_n表示频率f_n处第n个正弦波的相位；

S3：以s_n和φ_n作为设计变量，计算经过多径信道l传播之后所述Zigbee无线信号接收模块接收到的信号y(t)；

S4：设置s_n在发射最大功率P_T的约束条件下，优化所述Zigbee无线信号接收模块接收到的信号y(t)：

其中，所述R_s为所述Zigbee无线信号接收模块的电阻值；

S5：为了确保所述S4步骤优化后得到的接收信号y(t)中的所有波形的余弦项cos(·)建设性地相互叠加，并优化所述Zigbee无线信号接收模块接收到的信号的正弦波振幅s_n。

进一步地，所述S1步骤中的Δ_f＝B/N；并且f₀＝[f_min/Δ_f]Δ_f，f₀为带有

所述

为大于或等于a的最小整数。

进一步地，所述步骤S2中的发射最大功率P_T受到如下约束：

其中，所述T为发射周期，T＝1/Δ_f。

进一步地，所述S3步骤中的Zigbee无线信号接收模块接收到的信号y(t)计算公式如下：

其中，所述τ_l为每条信道路径l的延迟，τ_l>0；所述α_l为每条信道路径l的振幅，α_l>0；所述ξ_l为每条信道路径l的相位，0≤ξ_l<2π；所述h_n是在频带f_n处信道的频率响应的振幅，所述ψ_n是在频带f_n处信道的频率响应的相位。

进一步地，所述在频带f_n处信道的频率响应的振幅h_n和相位ψ_n具有如下关系：

进一步地，所述步骤S4中优化所述Zigbee无线信号接收模块接收到的信号y(t)的计算公式如下：

其中，所述R_s为所述Zigbee无线信号接收模块的电阻值。

进一步地，所述S5步骤在所述Zigbee无线信号接收模块接收到的信号的正弦波振幅s_n时，设置所述频率f_n处第n个正弦波的相位φ_n＝-ψ_n，n＝1,2,…,N，所述Zigbee无线信号接收模块接收到的信号的正弦波振幅s_n的计算公式如下：

其中，所述R_s为所述Zigbee无线信号接收模块的电阻值，所述h_n是在频带f_n处信道的频率响应的振幅，所述ψ_n是在频带f_n处信道的频率响应的相位。

进一步地，所述红外线遥控器还包括时钟控制模块，用于控制遥控器在仅有按键时工作，在无按键时停止工作；所述红外线遥控器发射的调频载波频率为30khz-60khz。

进一步地，所述红外线接收模块包括红外监测二极管、放大器、限幅器、带通滤波器、积分电路模块和比较器。

进一步地，所述红外遥控器还包括LED显示模块，用于显示单片机遥控电器的各种控制指标；所述红外线遥控器还包括电源模块，用于为红外遥控器工作供电。

本发明的有益效果为：

1、本申请提供的一种具有波形优化的无线信号算法的远程遥控器采用WiFi通信、4G通信或5G通信作为遥控信号的传递方式，极大的提升了遥控范围，扩展了家用遥控器的使用场景。

2、本申请提供的一种具有波形优化的无线信号算法的远程遥控器采用图形化触控界面，提升了操作体验。

3、本申请提供的一种具有波形优化的无线信号算法的远程遥控器在远程遥控器与红外遥控器之间采用了Zigbee无线信号传输的通信方式，Zigbee无线通信技术具有低复杂度、近距离、体积小、能耗少、成本低、自愈能力强和传输速率低等优点，是智能家居内部组网技术的首选。网关采用低成本FPGA模块，使其脱离PC化，并且相对于MCU模块的成本更加低廉，是智能家居网关的发展趋势，有效降低了智能遥控器所需要的制造成本。

4、本申请提供的一种具有波形优化的无线信号算法的远程遥控器，红外遥控控制模块采用了通过构建接收到的频带连续的Zigbee信号模型，并计算时刻t的发送信号x(t)模型后，以s_n和φ_n作为设计变量，计算经过多径信道l传播之后所述Zigbee无线信号接收模块接收到的信号y(t)，设置s_n在发射最大功率P_T的约束条件下，优化所述Zigbee无线信号接收模块接收到的信号y(t)，充分利用非线性模型进行多正弦波形设计，以最大限度地提高端到端的效率，该模型能够准确地捕捉发射与接收到的Zigbee无线信号的非线性，而不依赖于现有技术中采用的Taylor近似。

5、本申请提供的一种具有波形优化的无线信号算法的远程遥控器，红外遥控控制模块采用以s_n和φ_n作为设计变量，计算经过多径信道l传播之后所述Zigbee无线信号接收模块接收到的信号y(t)，并在Zigbee发射信号的最大功率P_T为凸的约束条件下进行优化，并构建模型将优化后得到的接收信号y(t)中的所有波形的余弦项cos(·)建设性地相互叠加，然后继续优化所述Zigbee无线信号接收模块接收到的信号的正弦波振幅s_n，最优解是以封闭形式导出的，因此可以有效地进行计算，显著降低了计算复杂度。此外，该算法保证收敛到满足KKT卡鲁什·库恩·塔克条件的局部最优解，有效协调了不同信道途径传输的Zigbee发射信号对某一红外遥控器发射的开启或关闭电器指令，减少了红外遥控器接收Zigbee信号的噪声，能够准确识别信号，进而避免电器误开或误关。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明提供的具有波形优化的无线信号算法的远程遥控器整体示意图；

图2为本发明提供的具有波形优化的无线信号算法的远程遥控器局部模块结构示意图；

图3为本发明提供的红外线接收模块结构示意图。

具体实施例方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明提供的一种具有波形优化的无线信号算法的远程遥控器，包括移动控制终端、与移动控制终端通过无线连接的远程控制器、与所述远程控制器通过Zigbee无线通信网络连接的若干个红外遥控器以及若干个接收所述红外遥控器发射的红外线控制信号的电器，每个所述红外遥控器红外信号控制一个所述电器，如图2所示，所述电器包括红外信号接收模块、控制模块、学码按键模块，所述红外信号接收模块和所述学码按键模块分别与控制模块通信连接；当红外信号接收模块接收到红外遥控器发射的红外线信号后，控制模块向学码按键模块发出指令，学码按键模块对遥控信号进行配吗，根据用户按键的时长不同，控制模块选择存储相应的编码或者清除存储的配码，当按键时长超过5-10s时，远程控制器发射的相应编码失效，如果需要进行远程遥控时，可以选择在5s内的按键时长进行重新配码，控制模块对配码信息进行分析处理后执行相应的指令，选择开启或者关闭电器。

如图2所示，所述远程控制器包括无线通信模块、FPGA中央控制模块、Zigbee无线发射模块和远程控制供电模块；无线通信模块接收移动控制段通过无线传输方式传输来的控制信号，进而FPGA中央控制模块向Zigbee无线发射模块发出指令，Zigbee无线发射模块向红外线遥控器发出Zigbee无线信号指令，远程控制供电模块用于为远程控制器工作供电。

如图2所示，所述红外线遥控器包括红外遥控控制模块、红外线发射模块、接收远程控制信号的Zigbee无线信号接收模块；Zigbee无线信号接收模块接收到远程控制器发出的Zigbee无线信号指令后，红外遥控控制模块向红外线发射模块发出指令，红外线发射模块向电器发出红外线信号，进而远程控制电器的开启或关闭。

红外线遥控控制模块接收到Zigbee无线发射模块传递的指令后，对接收到的Zigbee无线信号进行优化正弦波振幅，包括以下步骤：

S1：构建接收到的频带连续的Zigbee信号模型，设置其频率f_n＝f₀+(n-1)Δ_f，并计算总带宽B和中心频率f_c，其中，n＝1,2,…,N，并且f₀≥f_min，Δ_f>0，进而使得f₀/Δ_f为整数，并且f₀+(N-1)Δ_f≤f_max；总带宽B＝f_max-f_min，中心频率f_c＝(f_max+f_min)/2；

其中Zigbee信号模型为[f_min,f_max]，f_min>0，f_max>f_min；

S2：构建接收到的Zigbee无线发射模块于时刻t发送信号x(t)模型，Zigbee无线发射模块在周期为T、发射最大功率P_T下进行多径信道传播发射信号x(t)，多径信道中的一条路径用l代表，共有L条信道，l＝1,2,…L，L≥1，其中发射信号

其中，ω_n＝2πf_n并且

其中s_n≥0且0≤φ_n<2π，s_n表示频率f_n处第n个正弦波的振幅，φ_n表示频率f_n处第n个正弦波的相位；

S3：以s_n和φ_n作为设计变量，计算经过多径信道l传播之后Zigbee无线信号接收模块接收到的信号y(t)；

S4：设置s_n在发射最大功率P_T的约束条件下，优化Zigbee无线信号接收模块接收到的信号y(t)：

其中，R_s为Zigbee无线信号接收模块的电阻值；

S5：为了确保S4步骤优化后得到的接收信号y(t)中的所有波形的余弦项cos(·)建设性地相互叠加，并优化Zigbee无线信号接收模块接收到的信号的正弦波振幅s_n。

S1步骤中的Δ_f＝B/N；并且f₀＝[f_min/Δ_f]Δ_f，f₀为带有

为大于或等于a的最小整数。

步骤S2中的发射最大功率P_T受到如下约束：

其中，T为发射周期，T＝1/Δ_f。

S3步骤中的Zigbee无线信号接收模块接收到的信号y(t)计算公式如下：

其中，τ_l为每条信道路径l的延迟，τ_l>0；α_l为每条信道路径l的振幅，α_l>0；ξ_l为每条信道路径l的相位，0≤ξ_l<2π；h_n是在频带f_n处信道的频率响应的振幅，ψ_n是在频带f_n处信道的频率响应的相位。

在频带f_n处信道的频率响应的振幅h_n和相位ψ_n具有如下关系：

步骤S4中优化Zigbee无线信号接收模块接收到的信号y(t)的计算公式如下：

其中，R_s为Zigbee无线信号接收模块的电阻值。

S5步骤在Zigbee无线信号接收模块接收到的信号的正弦波振幅s_n时，设置频率f_n处第n个正弦波的相位φ_n＝-ψ_n，n＝1,2,…,N，Zigbee无线信号接收模块接收到的信号的正弦波振幅s_n的计算公式如下：

其中，R_s为Zigbee无线信号接收模块的电阻值，h_n是在频带f_n处信道的频率响应的振幅，ψ_n是在频带f_n处信道的频率响应的相位。

红外线遥控器还包括时钟控制模块，用于控制遥控器在仅有按键时工作，在无按键时停止工作，尽可能减少遥控器的功耗；红外线遥控器发射的调频载波频率为30khz-60khz，可以根据实际的遥控灵敏度和遥控能够波及的范围需求进行选择。

如图3所示，红外线接收模块包括红外监测二极管、放大器、限幅器、带通滤波器、积分电路模块和比较器，红外监测二极管监测到红外信号，然后把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平，而不论红外线遥控器和接收红外发射信号的电器的距离远近，交流信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过30khz-60khz的载波，通过积分电路进入比较器，比较器输出高低电平，还原出发射端的信号波形，进而有效地提高了接收的灵敏度以及准确度，避免识别不到微弱信号或者识别信号的频率错误而不能有效远程遥控。

红外遥控器还包括LED显示模块，用于显示单片机遥控电器的各种控制指标，环境温度、音量、环境湿度、燃气浓度、空气质量指数AQI等，红外线遥控器还包括电源模块，用于为红外遥控器工作供电。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种具有波形优化的无线信号算法的远程遥控器，其特征在于，包括移动控制终端、与移动控制终端通过无线连接的远程控制器、与所述远程控制器通过Zigbee无线通信网络连接的若干个红外遥控器以及若干个接收所述红外遥控器发射的红外线控制信号的电器，每个所述红外遥控器红外信号控制一个所述电器，所述电器包括红外信号接收模块、控制模块、学码按键模块，所述红外信号接收模块和所述学码按键模块分别与控制模块通信连接；

所述远程控制器包括无线通信模块、FPGA中央控制模块、Zigbee无线发射模块和远程控制供电模块；

所述红外线遥控器包括红外遥控控制模块、红外线发射模块、接收远程控制信号的Zigbee无线信号接收模块；

所述红外线遥控控制模块接收到Zigbee无线发射模块传递的指令后，对接收到的Zigbee无线信号进行优化正弦波振幅，包括以下步骤：

S1：构建接收到的频带连续的Zigbee信号模型，设置其频率f_n＝f₀+(n-1)Δ_f，并计算总带宽B和中心频率f_c，其中，n＝1,2,…,N，并且f₀≥f_min，Δ_f>0，进而使得f₀/Δ_f为整数，并且f₀+(N-1)Δ_f≤f_max；总带宽B＝f_max-f_min，中心频率f_c＝(f_max+f_min)/2；

其中所述Zigbee信号模型为[f_min,f_max]，f_min>0，f_max>f_min；

S2：构建接收到的Zigbee无线发射模块于时刻t发送信号x(t)模型，所述Zigbee无线发射模块在周期为T、发射最大功率P_T下进行多径信道传播发射信号x(t)，多径信道中的一条路径用l代表，共有L条信道，l＝1,2,…L，所述L≥1，其中所述发射信号

其中，ω_n＝2πf_n并且

其中s_n≥0且0≤φ_n<2π，s_n表示频率f_n处第n个正弦波的振幅，φ_n表示频率f_n处第n个正弦波的相位；

S3：以s_n和φ_n作为设计变量，计算经过多径信道l传播之后所述Zigbee无线信号接收模块接收到的信号y(t)；

S4：设置s_n在发射最大功率P_T的约束条件下，优化所述Zigbee无线信号接收模块接收到的信号y(t)：

其中，所述R_s为所述Zigbee无线信号接收模块的电阻值；

S5：为了确保所述S4步骤优化后得到的接收信号y(t)中的所有波形的余弦项cos(·)建设性地相互叠加，并优化所述Zigbee无线信号接收模块接收到的信号的正弦波振幅s_n。

2.根据权利要求1所述的一种具有波形优化的无线信号算法的远程遥控器，其特征在于，所述S1步骤中的Δ_f＝B/N；并且f₀＝[f_min/Δ_f]Δ_f，f₀为带有

所述

为大于或等于a的最小整数。

3.根据权利要求1所述的一种具有波形优化的无线信号算法的远程遥控器，其特征在于，所述步骤S2中的发射最大功率P_T受到如下约束：

其中，所述T为发射周期，T＝1/Δ_f。

4.根据权利要求1所述的一种具有波形优化的无线信号算法的远程遥控器，其特征在于，所述S3步骤中的Zigbee无线信号接收模块接收到的信号y(t)计算公式如下：

其中，所述τ_l为每条信道路径l的延迟，τ_l>0；所述α_l为每条信道路径l的振幅，α_l>0；所述ξ_l为每条信道路径l的相位，0≤ξ_l<2π；所述h_n是在频带f_n处信道的频率响应的振幅，所述ψ_n是在频带f_n处信道的频率响应的相位。

5.根据权利要求4所述的一种具有波形优化的无线信号算法的远程遥控器，其特征在于，所述在频带f_n处信道的频率响应的振幅h_n和相位ψ_n具有如下关系：

6.根据权利要求1所述的一种具有波形优化的无线信号算法的远程遥控器，其特征在于，所述步骤S4中优化所述Zigbee无线信号接收模块接收到的信号y(t)的计算公式如下：

其中，所述R_s为所述Zigbee无线信号接收模块的电阻值。

7.根据权利要求1所述的一种具有波形优化的无线信号算法的远程遥控器，其特征在于，所述S5步骤在所述Zigbee无线信号接收模块接收到的信号的正弦波振幅s_n时，设置所述频率f_n处第n个正弦波的相位φ_n＝-ψ_n，n＝1,2,…,N，所述Zigbee无线信号接收模块接收到的信号的正弦波振幅s_n的计算公式如下：

其中，所述R_s为所述Zigbee无线信号接收模块的电阻值，所述h_n是在频带f_n处信道的频率响应的振幅，所述ψ_n是在频带f_n处信道的频率响应的相位。

8.根据权利要求1所述的一种具有波形优化的无线信号算法的远程遥控器，其特征在于，所述红外线遥控器还包括时钟控制模块，用于控制遥控器在仅有按键时工作，在无按键时停止工作；所述红外线遥控器发射的调频载波频率为30khz-60khz。

9.根据权利要求1所述的一种具有波形优化的无线信号算法的远程遥控器，其特征在于，所述红外线接收模块包括红外监测二极管、放大器、限幅器、带通滤波器、积分电路模块和比较器。

10.根据权利要求1所述的种具有波形优化的无线信号算法的远程遥控器，其特征在于，所述红外遥控器还包括LED显示模块，用于显示单片机遥控电器的各种控制指标；所述红外线遥控器还包括电源模块，用于为红外遥控器工作供电。

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