基于ZigBee的紅外空調控制

摘要：基于實現紅外空調智能化控制的目的，提出了采用ZigBee技術對空調進行紅外控制的方法。通過對ZigBee控制原理和實現的分析以及空調紅外編碼的分析，系統在IAR開發環境下編程實現一系列功能。結合PC端串口助手給ZigBee協調器發送指令，再將指令無線發送給ZigBee 終端來控制空調的試驗，實驗結果顯示紅外編碼與空調參數是一一對應的，通過改變紅外編碼，可以實現對空調溫度、開關機、冷熱風等的控制。至此得出利用 ZigBee技術組建局域網可以實現紅外空調控制的結論。

關鍵詞：紅外;空調智能化控制;ZigBee技術;局域網

近幾年來智能設備不僅在無線領域有飛速的發展，人們對技術的追求越來越高，智能化越來越受到人們的歡迎。用紅外遙控器控制空調雖然已取得相應的成就，但是用紅外遙控器控制空調受到距離和角度的限制，為了解決所出現的問題，本設計從紅外編碼、ZigBee組網的原理以及實現原理和紅外控制電路三方面分析，采用ZigBee星型組網方式以及多方位紅外控制電路，實現局域網內實時、高效的控制空調。

1 紅外編碼的實現及原理

紅外的編碼是空調控制系統的核心。現有的紅外遙控包括兩種方式：PWM(脈沖寬度調制)和PPM(脈沖位置調制)。該系統采用PWM的方式，其載波頻率為38 kHz，編碼協議為NEC協議。PWM波以發射紅外載波的占空比代表“0”和“1”，為了節省能量，一般情況下，發射紅外載波的時間固定，通過改變不發射載波的時間來改變占空比。如本文中所描述的格力空調的占空比為1/3，發射紅外載波的時間為0.56 ms，以不發生紅外載波的時間0.56 ms和1.69 ms來分別代表“0”和“1”，如圖1。

空調的紅外編碼與電視、音響等不一樣，電視的編碼格式固定，一個按鍵只有一個編碼，編碼相對簡單，而空調必須一次將制冷、溫度、風速、定時等發送完畢，編碼復雜，如圖2。

2 ZigBee組網原理及通信原理

2.1 ZigBee之間的網絡連接方式及組網過程

ZigBee因具有低功耗、低成本、網絡容量大、安全性高、自組網以及自修復等功能而逐漸成為短距離無線通信的首選。ZigBee的網絡拓撲結構最常見的有3種：星型、樹型、網狀型。如圖3。本文中采用的是星型網絡拓撲結構，由ZigBee協調器向ZigBee終端節點不經過ZigBee路由器直接向 ZigBee終端節點發送數據，此網絡拓撲結構簡單，發送和接受數據穩定、可靠。

組建一個完整的ZigBee星型網絡包括兩個步驟：創建網絡和添加節點。

創建網絡：第一步，確定一個ZigBee為協調器，并確定其沒有加入到其它的局域網中;第二步，確定的ZigBee協調器對信道進行掃描;第三步，確定的ZigBee協調器設置網絡的ID。

添加節點：第一步，加入的節點查找最近的ZigBee協調器;第二步，加入的節點發送連接請求給ZigBee協調器;第三步，ZigBee協調器接收加入的節點發送的請求并進行處理;第四步，ZigBee協調器將同意加入的命令存儲起來并發給加入的節點;第五步，加入的節點接收ZigBee協調器發送的同意加入的命令。

2.2 ZigBee之間的互相通信

ZigBee之間相互通信框架圖如圖4所示，它們之間通過函數

多個ZigBee通過識別不同的cID來接收ZigBee協調器發出的信息，達到可靠、穩定的效果。

destAddr：指向目的地址

cID：指ZigBee的發送序號

buf：指向要發送的數據

len：指發送數據的長度

3 實驗仿真與分析

3.1 系統工作框架原理

系統借助PC串口助手，在串口助手上輸入紅外編碼，發送給ZigBee協調器，協調器通過組網，將編碼信號經過無線傳送給ZigBee終端節點，終端節點收到指令后，控制CC25 30芯片的P1.4引腳將紅外編碼發送出去，隨后將發送編碼成功信息反饋給協調器，協調器通過串口將信息顯示到串口助手上。如圖5系統框架圖。

3.2 紅外模塊設計

系統采用外部供電的方式給紅外發射管供電，P1.4引腳的輸出電壓為3.3，當S8050三極管導通工作時，根據回路、回路，以及紅外發射管的參數，本文采用Rb=1.5 kΩ，Rc=100Ω，保護紅外發射管和三極管。紅外模塊電路圖如圖6所示。

3.3 實驗結果和分析

實驗結果：當依次輸入制冷模式、開空調、風速高、掃風開、睡眠關、溫度26℃、不定時后，實驗結果如圖7所示，遙控編碼如圖8所示。

實驗分析：將實驗結果圖與遙控器的紅外編碼圖比較，相差無異，空調可以正常工作，此實驗說明，紅外模塊的設計是合理的。但是外接電壓經過1小時供電后，Vcc降低了，紅外的發射距離受到了影響，有時空調接收不到信號;同時紅外發射管與空調的紅外接收管必須保證一定的角度，空調才能接收到信號，對此進行以下改進。

3.4 實驗改進

針對2.3中的實驗的結果分析，為保證紅外長距離穩定發射，在三極管的基極上與電阻并聯2個二極管，這樣基極電壓被控制在1.2，三極管的發射極電壓，保證發射極電壓為恒定的0.6。解決了因電壓降低不能長距離發送的問題。為解決角度的問題，在外接電路上再并聯2個紅外發射管，解決了單一方向和角度的問題。改善后的電路如圖9所示。

改進后再次對實驗結果進行測試，與未修改時相比波形幾乎沒有什么變化，經過1小時供電后，再次進行測試，結果顯示，波形穩定。

4 結論

文中提出了一種基于ZigBee的紅外控制空調的方法。該方法摒棄了傳統的利用空調遙控器進行空調的方法，簡化了操作，同時還得到了空調的反饋信息。將該方法應用于實驗室智能設備的控制上具有一定的參考價值。經過對實驗結果的進一步分析，完善紅外發射電路的設計，達到了理想的控制空調的效果。實驗表明，本文提出的方法對長距離控制實驗室設備，具有一定的意義。