CN1134137C - 家庭网络遥控器的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于家庭网络控制技术领域，涉及家庭网络遥控器的控制方法。包括把所有被控设备或者被控设备组的内容抽象为一个通讯对象表，通讯对象表的主要内容是通讯对象描述体，通讯对象描述体用来描述对应通讯对象的特征属性；一个发送通讯对象的值可以通过组报文从发送设备传送给属于同一组的所有设备；所有有关联的设备各自对应的通讯对象在逻辑上就组成了一个组，给所说的通讯对象设置一个相同的逻辑地址，即组地址；所说的组地址表包含遥控器所使用的所有组地址以及这些组地址所对应的通讯对象号，组地址表将组地址和通讯对象联系在一起。采用本发明方法制备的遥控器具有通用性、功能多、界面友好和可移动的特点，符合遥控器的发展趋势。

Description

家庭网络遥控器的控制方法

技术领域

本发明属于家庭网络控制技术领域，特别涉及在符合EIB总线协议标准的家庭网络系统中使用的遥控器设计。

背景技术

家庭网络是指在家庭内部通过一定的传输介质(如电力线、双绞线、无线电等)将各种电气设备和电气子系统连接起来，采用统一的通信协议，对内实现资源共享；对外能通过网关与外部网(如Internet，ISDN，HFC等)互连进行信息交换。通过家庭网络能实现以下功能：

1.对电气设备的控制和管理

能通过家用无线设备(如遥控器)、个人电话或者互联网来控制灯、热水器、空调等电器设备。

2.家居安全

家庭内部出现的紧急情况(如火灾)能自动向主人手机或管理中心报警；家庭成员的医疗求助信息能远传到社区医疗中心；门厅或窗户的监盗情况能传到物业管理中心。

3.能源管理

三表(电表、天然气表、水表)自动显示并抄送到管理中心，免除物业干扰；定时开关供暖通路及天然气，节约费用和保证安全。

目前已有的几种家庭网络及其控制技术中的遥控器说明如下：

(1)ABB手持式遥控器

EIB是1990年EIB(European Installation Bus)协会推出的一种家庭网络系统，作为EIB成员之一的ABB公司，开发了ABB手持式遥控器(IR hand-held transmitter6010-25-500)用于EIB家庭网络中，主要用于实现对简单开关量(如灯)的控制。该遥控器操作简单，有效控制距离为15m，水平、垂直控制范围均为±30°。

ABB手持式遥控器的控制面板如图1所示，其主要包括一个红外发射器1及多个控制开关量的按键2对应控制家庭网络中电气设备的开启与关闭，其缺点有：

1.只能控制开关量，不能控制复杂设备；

2.由于没有显示器，只能单向控制设备，不能查询设备当前状态；

3.每一个被控制的开关设备必须附加红外收发电路和存储控制单元；

4.只能在被控开关的红外可接收范围内使用；

5.没有直观的图形化用户界面；

6.只具备红外通讯一种通讯方式；

7.控制关系不灵活，不可以在线更改控制信息。

ABB家庭网络的整体结构如图2所示，其控制过程为：家庭网络中的各电气设备(例如灯)通过各网络节点连入网络总线，其中网络节点1与各设备的开关相连，该开关带有红外接收电路，当遥控器对准开关设备时，按下需要进行控制的设备所对应的开关按键2，开关按键2通过红外接收电路接收到控制信号，然后将该信号发送到系统总线上去，与被控制电器设备连接的网络节点2接收到该信号，即可执行相应动作，打开或关闭网络节点2上的灯。

(2)同方易家智能系统的红外遥控器。

该遥控器与上述技术其本相同，是通过与安装在房间天花板中部的红外家电控制节点进行通讯，实现对家电的控制。其不同之处是该遥控器具有红外学习功能，可以控制所有红外接收设备及联网设备。其缺点主要有：

1、没有直观的图形化用户界面；

2、只具备红外通讯一种通讯方式；

3、只能单向控制，不能查询设备的当前状态；

4、必须另外添加一个红外家电控制节点，遥控器必须通过它才能控制其它设备，并且被控制的设备必须在该节点的有效红外信号接收范围内。

ABB手持式遥控器和同方易家智能系统的红外遥控器之所以存在这些不足，其主要原因是没有充分利用家庭网络的网络优势，换句话说，它们不是一种真正意义上的家庭网络遥控器。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种家庭网络遥控器的控制方法及，本发明充分利用了家庭网络总线上各个网络节点之间相互通信的优势，实现对所有挂接在总线上的家用设备的监控，具有较强的通用性；通过发送不同的总线报文，可以实现对设备的监控、对设备组(几个设备的集合)的控制、对外紧急拨号以及与家用电脑(PC机)的串口通信，具有通用性、功能多、界面友好和可移动的特点，符合遥控器的发展趋势。

本发明提出一种家庭网络遥控器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)把所有被控设备或者被控设备组的内容抽象为一个通讯对象表，通讯对象表的主要内容是通讯对象描述体，通讯对象描述体用来描述对应通讯对象的特征属性；

(2)一个发送通讯对象的值可以通过组报文从发送设备传送给属于同一组的所有设备；

(3)所有有关联的设备各自对应的通讯对象在逻辑上就组成了一个组，给所说的通讯对象设置一个相同的逻辑地址，即组地址；

(4)所说的组地址表包含遥控器所使用的所有组地址以及这些组地址所对应的通讯对象号，组地址表将组地址和通讯对象联系在一起。

本发明提出采用上述的控制方法的家庭网络遥控器，包括键盘阵列电路、红外发射电路，其特征在于，还包括红外接收电路、微处理器、液晶屏及其驱动电路、电源及其保护电路，所说的键盘阵列电路、红外接收电路、红外发射电路，液晶驱动电路、电源及其保护电路，分别与微处理器的各接口相连构成微处理器的外围电路，以及储存在该微处理器的存储器中的由相互独立的系统初始化模块、控制模块、红外通讯模块、设备控制信息的下载模块和设备驱动模块组成的软件。

所说的微处理器是遥控器的核心单元，采用MCU(AT90SMEG103芯片)，该微处理器芯处自带有128K的闪存(FLASH)和4K的可擦除存储器(EEPROM)，FLASH存储器中存有控制程序软件和中文字库及图标，EEPROM中则存放相应的电器设备控制信息。

所说的的键盘阵列采用一块型号为AVR公司90系列八位微控制器(型号为AT90SMEG103)，连接在微处理器的I/O口PB4～PB5和PE2～PE4上，键盘阵列的主要作用是接收用户的按键输入，把信号传递给微处理器，由微处理器判断按键内容，做出相应处理；

所说的红外发射电路采用晶体振荡电路与二进制计数器电路，所说的红外接收电路采用红外芯片(型号为TFMS5380)，这两电路属于微处理器的外围电路，分别连接在微处理器的发送数据引脚(简称TXD)和接收数据引脚(简称RXD)，其作用分别是将微处理器组好的报文通过红外载波的方式发射出去和把接收到的红外报文经过解调还原成数据报文输出到MCU进行下一步处理；

所说的液晶驱动电路采用液晶芯片ACM128641，用于驱动液晶，显示由MCU的I/O口PA引脚传送过来的数据；

所说的电源及其保护电路也属于微处理器的外围电路，其主要作用是升压和稳压，该模块的电源采用芯片型号为PS300DC3D5S-THCMOS的升压直流一直流(DC-DC)转换开关型调节电源，其输出引脚VCC直接与微处理器的电源输入引脚VCC相连接。

所说的软件中的控制模块采用上述控制方法编制而成，其它各模块均可采用公知技术制成的通用软件模块。

本发明所述遥控器的控制模块采用了面向对象的思想来实现家庭网络的应用，它利用通讯对象的概念来描述家庭网络的应用。通讯对象是一种数据结构，它的值可以通过系统被传送或更新。在遥控器中，把被控设备或者被控设备组的内容抽象为一个通讯对象表，通讯对象表的主要内容是通讯对象描述体(object descriptors)，通讯对象描述体用来描述对应通讯对象的特征属性，包括两个字节：配置字节(the configbyte)和类型字节(the type byte)。

一个通讯对象可以用来描述一种应用，例如一个通讯对象可以表示：

(1)一个开关的状态

(2)一个测量值(例如温度、亮度等)

一个发送通讯对象的值可以通过组报文从发送设备传送给属于同一组的所有设备。在所有收到这一组报文的设备中，对应的通讯对象值将会被更新。所说的组，是一种功能的集合体，是家庭网络上个应用之间逻辑关系的体现。例如，在智能家庭系统中，设置一个开关，负责所有设备的全开全关，以方便用户对家电的管理。这样，所有设备各自对应的通讯对象与这个开关对应的通讯对象在逻辑上就组成了一个组，给它们设置一个相同的逻辑地址，也就是组地址。

为了通过组报文传送一个通讯对象值，系统软件必须知道哪一个组地址属于这个通讯对象。为了这一目的，使用了组地址表。组地址表包含遥控器所使用的所有组地址以及这些组地址所对应的通讯对象号，组地址表将组地址和通讯对象联系在一起。

本发明的遥控器用于采用总线通信方式的家庭网络，家庭网络的核心单元是家庭网络节点，该家庭网络节点可采用一个类似于通信、控制模块的装置，家用设备与网络节点直接相连就可以接入家庭网络中。家用设备包括至少一台个人计算机及其它家用电器，该计算机存储有网络中各个家用电器的控制信息，在任意一个网络节点上需要外接一个红外收发模块用来实现与遥控器的通信。

本发明用于上述家庭网络的方法为：首先遥控器从家庭网络的PC机上下载网络中的控制信息，明确该网络中具体有哪些需要监控的家用设备以及这些家用设备的位置和相关的地址信息；然后提供给用户一个逐级菜单类型的操作界面，供用户选择对哪个家用设备进行状态查询/控制；接下来针对被控设备组织相应的控制/查询报文，通过红外通信发送给外接一个红外收发模块的网络节点，该网络节点把该报文转发到总线上，与被控设备相连接的网络节点接收该报文并进行相应的处理，最后向被控设备发出控制指令。

本发明的技术特点及有益效果

本发明的控制方法充分利用了家庭网络总线上各个网络节点之间相互通信的优势，实现了对所有挂接在总线上的家用设备的监控，具有较强的通用性；通过发送不同的总线报文，可以实现对设备的监控、对设备组(几个设备的集合)的控制、对外紧急拨号以及与家用电脑(PC机)的串口通信，比传统意义上的遥控器的控制功能强大得多；

本发明的遥控器只包含9个按键，采用液晶显示，中文多级菜单操作界面，使用方便，给用户提供了一个可视化、友好的人机接口；只要在每个房间安装一个带有红外收发模块的网络节点，就可以在家庭的任何一个角落使用该遥控器对所有家用设备进行监控。具有通用性、功能多、界面友好和可移动的特点，符合遥控器的发展趋势。

附图说明

图1为已有的ABB手持式遥控器示意图。

图2为ABB家庭网络整体结构示意图。

图3本发明的一种遥控器的硬件结构总体示意图。

图4为本发明的MCU电路实施例图。

图5为本发明的键盘阵列电路实施例图。

图6为本发明的红外发射电路实施例图。

图7为本发明的红外接收电路实施例图。

图8为本发明的液晶显示驱动电路实施例图。

图9为本发明的稳压电源电路实施例图。

图10本发明的软件流程框图。

图11为本发明用于清华同方eHomeNet家庭网络的整体结构示意图。

具体实施方式

本发明设计的一种网络遥控器及其控制方法实施例结合附图详细说明如下：

本实施例的遥控器采用液晶显示、多级菜单式人机交互界面，其硬件组成结构如图3所示，共包含以下几个主要模块：微处理控制单元(以下简称MCU)、存储器、键盘阵列、红外发射与接收、液晶驱动和电源电路。

MCU是遥控器的核心单元，提供4K的可擦除存储器(以下简称EEPROM)；

采用3×3型9按键的键盘阵列，连接在MCU的I/O口PB4～PB5和PE2～PE4上，键盘阵列的主要作用是接收用户的按键输入，把信号传递给MCU，由MCU判断按键内容，做出相应处理；

红外发射和接收电路属于MCU的外围电路，分别连接在MCU的发送数据引脚(简称TXD)和接收数据引脚(简称RXD)，其作用分别是将MCU组好的报文通过红外载波的方式发射出去和把接收到的红外报文经过解调还原成数据报文输出到MCU进行下一步处理；

液晶显示驱动模块用于驱动液晶，显示由MCU的I/O口PA引脚传送过来的数据；

电源模块也属于MCU的外围电路，其主要作用是升压和稳压，该模块的电源输出引脚VCC直接与MCU的电源输入引脚VCC相连接。

因为遥控器直接与具有红外收发功能的网络节点进行报文通讯，因此只要在家里的每个需要实现红外遥控功能的房间都安装一个带红外收发电路的家庭网络节点，就可以实现随时随地地使用遥控器对各个设备进行查询和控制。

本发明选用C语言和ICCAVR编译器作为遥控器的软件编程工具。用户使用分级菜单操作界面，易于掌握。遥控器的软件可包括5个相对独立的子模块：系统初始化、控制模块、红外通讯、设备控制信息的下载和设备驱动模块：

(1)系统初始化模块。遥控器每一次开启时，主程序进行系统初始化操作，包括从EEPROM读出控制信息存入RAM，串口初始化，液晶显示初始化和键盘初始化，最后进入主菜单界面，等待用户按键操作。

(2)控制模块。遥控器的控制模块主要用于分析用户的键盘输入控制信号，查找通信对象表的内容，根据该内容组织网络控制或查询报文，网络报文由报文头、报文长度、报文控制字、源地址、目的地址、控制参数长度、控制参数、校验和几个部分组成；对接收的网络报文进行内容校验，确认无误后进行拆分，以便获取其中所包含的设备状态信息。

(3)红外通讯模块。遥控器的通讯模块是一个全双工的红外串口通讯模块，主要作用是确保正确可靠地发送、接收网络报文。有报文三次重发机制，报文防止复制功能等等。

(4)设备控制信息的下载模块。遥控器可以与PC机通过RS232串口进行异步通讯，从PC机上接收打包的设备控制信息，并存储到EEPROM中去。为了保证传输的可靠性，打包的控制信息分帧下载，每帧长度约为15字节，一帧的组成为帧头、帧长度、冗余位、数据、校验和。

(5)设备驱动程序。遥控器的设备驱动程序有键盘驱动、液晶驱动两部分。键盘驱动采用逐行扫描法；液晶驱动则通过对AT90SMEG103的I/O口PA0～PA7的读写来实现。

本发明遥控器的硬件实施例分别说明如下；

本发明的MCU电路实施例如图4所示，采用一块型号为AVR公司90系列八位微控制器(型号为AT90SMEG103)，该芯片有效支持高级语言，可以使用C语言进行开发，便于软件的模块化设计和维护。AT90SMEG103支持120条功能强大的指令，指令周期时间短，因此相应速度快。具有32条可编程I/O线，8条输入线，8条输出线，32个8位通用寄存器，扩充余地大。其中PA口用作液晶屏的数据输入输出，PB口用作键盘阵列的列输入输出，PC口用于输出液晶屏驱动信号，PD口用作键盘中断输入口，PE口的引脚2～7用作键盘阵列得行输入输出，PE口的0～1用作串口通信的输入输出引脚。

MCU具有128K字节可下载的Flash存储器、4K字节EEPROM和4K字节内部存储器(RAM)。其中4K字节数据EEPROM存储器构成一个单独的数据空间，可以对其中的单个字节进行读写操作。在本实施例的遥控器中，使用EEPROM存储从PC机上动态下载的设备控制信息。

本发明的键盘阵列电路实施例如图5所示，共有9个按键，排列成3×3键盘矩阵电路，由MCU的I/O口PB4～PB5作为列引线，I/O口PE2～PE4作为行引线。

本发明的红外发射电路实施例如图6所示，该电路采用晶体振荡电路产生455kHz振荡频率，经二进制计数器电路进行12分频，最后得到38kHz作为红外发射载波频率；其中，TXD3直接接在MCU的引脚3(PE1)上。

本发明的红外接收电路实施例如图7所示，该电路采用晶体振荡电路产生455kHz振荡频率，经二进制计数器电路进行12分频，最后得到38kHz作为红外发射载波频率；红外接收电路则直接采用红外芯片(型号为TFMS5380)对载波频率为38kHz的红外信号进行解调、放大、滤波、整形后输出到MCU的I/O口PE0(该电路的RXD3直接接在MCU的引脚2(PE0)上)。

本发明的液晶显示驱动电路实施例如图8所示，采用液晶芯片ACM128641，主要由行驱动器/列驱动器以及128×64全点阵液晶显示器组成。可以显示图形或者最多8×4个(16×16点阵)汉字。遥控器主要采用菜单式操作界面，即汉字形式。ACM128641模块采用8位数据总线实现并行输入输出，与MCU的I/O口PA0～PA7相连。八位数据线直接接在MCU的引脚44～51(PA7～PA0)上。

本发明的稳压电源电路实施例如图9所示，采用芯片型号为PS300DC3D5S-THCMOS的升压直流一直流(DC-DC)转换开关型调节电源。该电源可以将低至0.9V的电压升压变换至3.3V或5V输出，本遥控器中使用的是5V输出模式，采用3节NiCd/NiMH电池供电。该电路的CheckPower作为电压低指示中断信号接在MCU的引脚27(INT2)上，电路的输出信号VCC则作为电源提供给MCU，直接接在MCU的引脚21和引脚62(VCC)上。

家庭网络就是通过通讯对象来实现各应用之间的通信，具体控制方法描述如下(以遥控器控制一个灯为例，遥控器通过红外与网络上的一个网络节点1连接，灯接在网络上的另一个网络节点2上)：

(1)判断通讯对象状态是否改变，实际上就是检测与它连接的网络上末端节点是否有动作；如果状态改变，则更新该通讯对象的值；置与该通讯对象相对应的对象数据传输请求标志；

(2)检测所有对象标志，判断是否有通讯对象要求发送数据；

(3)如果有发送数据请求的通讯对象，则通过对象属性表和地址表来读取该对象的值、属性及其对应的组地址，组织报文；

(4)将报文传送给网络节点1；

(5)清除发送数据对象的数据发送请求标志，以便响应下一次数据发送请求。

以下由家庭网络上的网络节点1和网络节点2辅助完成：

(1)网络节点1将该报文经过进一步处理后发到总线上；

(2)当网络节点2接收到该组报文时，它的软件在它的地址表中查对此报文中的组地址；

(3)如果此组地址在该网络节点2的地址表中，则根据组号到关联表中查找此组地址对应的相关连接；

(4)根据关联表中找到的此组地址的相关连接，查找组地址对应的通讯对象号，也就是灯所对应的通讯对象号；

(5)在对象属性表中根据上一步找到的对象号，读取需要被更新的灯所对应的通讯对象的属性，根据报文中传输的数据内容，对通讯对象值进行相应的更新操作，最后置与该通讯对象相对应的对象数据刷新标志。

(6)网络节点2的应用程序查询到灯所对应的通讯对象相对应的对象数据刷新标志，则根据该通讯对象的值将灯打开或者关闭。

本实施例的遥控器各软件模块实施例的主要流程如附图10所示。包括以下步骤：

1、初始化。包括串口初始化，液晶显示初始化，键盘阵列初始化等等。

2、等待按键输入。采用键盘中断的方式获取用户的按键输入；

3、根据按键执行相应的程序，用户选择的操作可能是设备的查询与控制、设备组的查询、紧急拨号、更新配置信息和软件关机；

4、对于设备的查询与控制、设备组的查询和紧急拨号，程序查找通信对象表中相应的组地址信息，根据信息组织相应的控制或者查询报文；

5、把控制或者查询报文发送到总线上去；

6、对于查询的操作，还需要接收从总线上发送来的关于被查询电器设备当前状态信息报文，对该报文进行相应的处理，提取出所需要的查询信息反馈给用户；

7、对更新配置信息操作，则进入下载模块，通过与PC机RS232标准串口通信，

接收从PC机上分帧传来的数据，并存储在MCU的EEPROM中；

对于软件关机操作，对PD7引脚发送一个低电平信号。

本实施例的遥控器用于清华同方eHomeNet家庭网络的工作原理说明如下：

eHomeNet家庭网络采用总线通信方式，其整体结构如图11所示，其核心单元是家庭网络节点，该家庭网络节点是一个通用的通信及控制模块，家用设备与网络节点直接相连就可以接入eHomeNet家庭网络中。eHomeNet家庭网络的典型家用电器包括计算机、空调、电视、电从飯煲、电话，这些设备分别通过网络节点1、3、4、5和6与总线相连，网络节点2相连有红外收发模块用来实现与遥控器的通信。遥控器首先从家庭网络的PC机上下载网络中的控制信息，明确该网络中具体有哪些需要监控的家用设备以及这些家用设备的位置和相关的地址信息；然后提供给用户一个逐级菜单类型的操作界面，供用户选择对哪个家用设备进行状态查询/控制；接下来针对被控设备组织相应的控制/查询报文，通过红外通信发送给网络节点2，网络节点2把该报文转发到总线上，与被控设备相连接的网络节点接收该报文并进行相应的处理，最后向被控设备发出控制指令。由于遥控器并不直接对被控设备发出控制指令，而是通过发送网络报文的形式与被控设备间接进行通信，因此与普通遥控器相比，它具备一些特殊而实用的功能，例如紧急拨号等。

本实施例遥控器的功能具体可以划分为如下几部分：

一、单个设备的状态查询与控制。遥控器可以对挂接在eHomeNet家庭网络总线上的所有设备进行状态查询与控制。

二、设备组控制。遥控器可以同时对几个设备(设备组)进行控制。

三、紧急拨号。遥控器通过给挂接在家庭网络上的电话发送控制报文，可以在紧急情况下拨号报警。

四、更改控制信息。遥控器可以通过从PC机上下载信息来动态改变控制对象。

在安装了同方eHomeNet或者符合EIB总线协议标准的家庭网络之后，只要配备本实施例的遥控器，就可以实现对家用电器的红外监控功能，既可以随时查看各个设备的工作状态和工作参数，又可以即时对其进行控制和调节。

Claims (1)

1、一种家庭网络遥控器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)把所有被控设备或者被控设备组的内容抽象为一个通讯对象表，通讯对象表的主要内容是通讯对象描述体，通讯对象描述体用来描述对应通讯对象的特征属性；

(2)一个发送通讯对象的值可以通过组报文从发送设备传送给属于同一组的所有设备；

(3)所有有关联的设备各自对应的通讯对象在逻辑上就组成了一个组，给所说的通讯对象设置一个相同的逻辑地址，即组地址；

(4)所说的组地址表包含遥控器所使用的所有组地址以及这些组地址所对应的通讯对象号，组地址表将组地址和通讯对象联系在一起。

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