摘 要

随着智能家居的流行，越来越多的家用电器被接入网络。人们希望以更加多样的方式来连接家用电器，也希望普通的家电能够实现更加丰富的功能。通过遥控的方式控制家用电器，能够让人们以更加便捷的方式来随心所欲地操控电器。现有的大部分可遥控的家用电器都使用红外遥控的方式，本论文根据红外遥控计数的特点，设计实现了一种具有多个功能的红外遥控数据收发系统。

本论文对家电行业普遍采用的红外遥控方式进行了深入研究，对比分析了多种近距离无线通信(蓝牙，ZigBee，WIFI)的特征。根据设计需求，选取了WIFI作为通信方式。设计了硬件和软件系统，实现设备对家电的遥控。实现了红外学习功能来解析红外线遥控信号，并将解析的数据上传到数据库。完成了通过上位机控制灯光的亮度和颜色的功能、人体感应功能和温度采集功能的设计。论文详细描述了以MCU为中心的硬件系统的设计和以C语言为基础的程序结构设计，展示了各个模块的程序架构和错误处理。最后，记录了系统的实物调试和测试过程，通过测试，保证了系统的稳定性和可靠性，达到了实用性要求。

关键词： 嵌入式设备，智能家居，红外转发器，WIFI，单片机应用

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Abstract

With the popularity of Smart Home Appliances, more and more home appliances are accessing the network. It is hoped that a more diverse way to connect household appliances. And people want ordinary household appliances can be achieved more functions. By way of remote control home appliances, allowing people to a more convenient way to arbitrarily control appliances. Most existing remote-controlled household appliances are using the infrared remote control technology. In this paper, an infrared remote control data transmission system having a plurality of functions has been designed and implemented, based on extensive research on the infrared remote control home appliances technology.

In this thesis, the infrared remote control protocol and common wireless communication system is firstly researched. After comparing a variety of short-range wireless communication ways, WIFI is selected as the system communication way. The UART is used to communicate MCU and WIFI module. An overall solution a smart home system is established. And further, an overall solution of a smart home system is established. The hardware and software solutions is designed and achieved according to the module’s role of the smart home system. Finally, a series of tests and experiments are conducted in order to ensure system stability.

Key Words： Embedded Devices, Smart Home, IR repeater, WIFI, MCU application

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 智能家居概述 1

1.1.1 物联网 1

1.1.2 智能家居 1

1.2 研究目的及意义 2

1.3 相关法律和政策法规 2

1.4 国内外发展现状 3

1.5 论文整体结构 3

第2章 需求分析与方案设计 5

2.1 需求分析和设计目标 5

2.2 红外转发器方案设计 5

2.2.1 几种常用无线通信方式的比较 5

2.2.2 系统方案设计 7

2.2.3 红外转发器的方案设计 7

2.3 元器件的选型 8

2.4 成本和经济性分析 9

第3章 系统电路设计 11

3.1 单片机外围电路设计 11

3.1.1 MCU外围基本电路 11

3.1.2 复位电路的设计 11

3.1.3 VCAP外部电容和外部晶振适配电容计算 12

3.1.4 MCU资源的分配 13

3.1.5 功率计算 13

3.2 LED模块电路设计 13

3.2.1 LED 灯珠功率计算 13

3.2.2 LED电路设计和分压电阻计算 14

3.2.3 LED控制电路设计 15

3.3 红外发射电路设计 16

3.3.1 电路设计 16

3.3.2 功率计算 17

3.4 红外捕获电路设计 17

3.4.1 电路设计 17

3.4.2 功率计算 18

3.5 人体感应模块设计 18

3.5.1 电路设计 18

3.5.2 功率计算 19

3.6 温湿度采集模块电路设计 20

3.6.1 电路设计 20

3.6.2 功率计算 20

3.7 电源电路设计 20

3.7.1 供电电源的需求分析 21

3.7.2 输入电源的选择 21

3.7.3 5V转3.3V电源电路设计 21

3.7.4 5V转12V电源电路设计 22

第4章 系统驱动件设计 24

4.1 红外调制软件设计 24

4.1.1 红外编码协议 24

4.1.2 红外波形有载波重现 25

4.1.3 红外编码数据接收与信号调制程序设计 27

4.1.4 延时程序设计 28

4.1.5 通信方式程序安全性设计 29

4.2 红外捕获软件设计 30

4.2.1 利用定时器输入捕获获取红外数据 30

4.2.2 任务切换数据发送程序设计 32

4.3 LED灯软件设计 32

4.3.1 LED调光原理介绍 32

4.3.2 程序设计 32

4.4 人体感应软件设计 33

4.5 温度湿度软件设计 34

4.5.1 温度获取程序设计 34

4.5.2 程序防死锁 35

第5章 功能模块调试过程 36

5.1 硬件实物图 36

5.2 红外遥控的调试 36

5.2.1 程序错误调试 37

5.2.2 实用性测试 37

5.3 红外捕获的调试 38

5.4 LED灯的电压调整 39

5.5 任务调度的调试 39

第6章 总结 40

参考文献 41

致 谢 43

绪论

智能家居概述

物联网

物联网技术是指利用无线通信技术将各种传感器，控制器，机器，人员和产品连接起来，使人与物，物与物形成相互连接的网络，已实现信息化、远程控制和智能化。物联网包括互联网以及物联网上的所有资源，通过将各种目标连接到互联网，实现远程操作与监控，人员与产品的相互沟通。物联网技术的目标是实现机器的智能化，以目前的发展趋势来看，智能家居设备，电网设备，物流设备等领域最有可能率先获得智能连接功能。^[1]

智能家居