专利名称：基于无线传感网络的学习型红外遥控装置及其实现方法
技术领域：
本发明涉及无线传感网应用技术领域，具体地，涉及基于无线传感网络的学习型红外遥控装置及其实现方法。
背景技术：
红外遥控技术，是目前使用广泛的一种通信和遥控手段，采用红外线信号作为传输媒介，对近距离设备进行非接触式控制。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，被诸多电子设备，特别是家用电器广泛采用。随着信息技术和网络技术的高速发展及人们居住理念的变化与提升，居室的物理空间和豪华的装修不再是人们追求的最终目标，人们越来越追求生活细节的简单化和智能化，希望在日常家居生活中都能置入智能化的设备和程序，享受“一键0K”式的简单生活操作。工作一天的业主拖着疲倦的身子回到家里时，空调已经设置适宜的温度，浴室的热水已准备就绪，电视机也已调至喜欢频道。于是智能家居、智能住宅、数字家园、家庭网络、数码家庭等概念在国内外被广泛提出，各种新技术在家庭智能化系统中不断得到应用。低功耗、 低成本、易于组网和维护的无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算机技术、分布式信息处理技术、通信技术等，在智能家居和智能社区中具有广阔的市场空间。红外遥控类设备在家庭中使用广泛，在当前的应用环境中，各遥控器因编码方式及按键的功能设备各不相同，具备红外遥控功能的设备均需单独配备专用的遥控器，使红外遥控器的通用性几乎不可能，造成了红外遥控的专用性。为减少遥控操作的工作量，提高红外遥控器的集成度，一些厂商推出了万能遥控器产品，通过扩展遥控器存储，收集可能存在的编码方式或对编码方式进行学习的方法实现多种遥控器的通用。但此类的万能遥控器仅实现对多个遥控器的通用替换，当业主在家居范围之外时，无法利用手机、网络等方式通过红外遥控器实现对家用电器的远程控制，限制了家用电器的智能化程度和家居生活的舒适体验，限制了智能家居的发展和家庭信息化程度的提高。在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在无法实现远程监控、适用范围小与智能化程度低等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于无线传感网络的学习型红外遥控装置，以实现远程监控性能好、适用范围广域智能化程度高的优点。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种基于无线传感网络的学习型红外遥控装置，包括按键模块、解码模块、发码模块、MCU控制单元、WSN模块、电源模块与显示模块，其中
所述按键模块与解码模块，均信号连接至MCU控制单元；MCU控制单元，分别信号连接至发码模块与显示模块；MCU控制单元与射频模块通信连接；电源模块，分别电连接至按键模块、解码模块、发码模块、MCU控制单元、WSN模块与显示模块。进一步地，在所述MCU控制单元中内置有FLASH编码存储器。进一步地，所述射频模块，采用垂直极化方向设置的全向天线。进一步地，所述射频模块支持基于zigbee标准的无线传感器网络。进一步地，以上所述的基于无线传感网络的学习型红外遥控装置，相应的红外遥控方法包括
所述解码模块接收不同编码格式的红外遥控信号，并对该红外遥控信号进行解调得到多组编码信息的脉冲信号，并将该脉冲信号传输给控制单元；
所述MCU控制单元接收上述脉冲信号形成中断，接收上述含有编码信息的脉冲信号， 并将该编码信息存储在FLASH编码存储器中，并根据控制信息读取FLASH编码存储器中的编码信息，生成红外遥控调制信号；
所述发码模块将上述生成的红外调制信号发射出去。进一步地，以上所述的基于无线传感网络的学习型红外遥控装置，相应的红外遥控方法还包括
在所述发码模块中，发码波形占空比可调，通过发码算法控制发码波形的调制。进一步地，以上所述的基于无线传感网络的学习型红外遥控装置，相应的红外遥控方法还包括
在所述解码模块中，对于载波频率在38K附近的红外编码进行解析处理，并采用记录脉冲波形的脉宽的方式记录被学习波形。进一步地，以上所述的基于无线传感网络的学习型红外遥控装置，相应的红外遥控方法还包括
通过无线传感器网络进行远程操控；或者，响应用户的手动按键，直接手动操控学习型遥控来控制家用电器。同时，本发明采用的另一技术方案是一种根据以上所述的基于无线传感网络的学习型红外遥控装置的实现方法，包括
采用分时工作策略，没有无线传感器网络指令时，基于无线传感网络的学习型红外遥控装置处于定期休眠状态；
该装置在无线传感器网络指令到来前，会自动从休眠状态中唤醒，对网络协议进行解析并执行控制命令；
所述控制命令执行结束时，该装置再次进入睡眠状态步。同时，本发明采用的再一技术方案是一种根据以上所述的基于无线传感网络的学习型红外遥控装置的实现方法，包括
设置不同工作模式及相应工作模式的切换方式，基于无线传感网络的学习型红外遥控装置采用分时工作策略，该装置处于休眠状态；
在正常处于分时工作模式，当有按键动作发生时，该装置直接从睡眠中唤醒，执行完发码动作后，该装置自动复位初始化，然后重新与无线传感器网络同步。本发明各实施例的基于无线传感网络的学习型红外遥控装置及其实现方法，由于该装置包括按键模块、解码模块、发码模块、MCU控制单元、WSN模块与显示模块，按键模块与解码模块均信号连接至MCU控制单元，MCU控制单元分别信号连接至发码模块与显示模块，MCU控制单元与射频模块通信连接；当该装置入网成功后，大部分时间处于休眠状态， 手动按键可将其直接唤醒，由MCU控制单元来处理手动按键信息，然后控制发码模块对目标电器进行发码控制；可以用该装置代替原装遥控器进行使用；从而可以克服现有技术中无法实现远程监控、适用范围小与智能化程度低的缺陷，以实现远程监控性能好、适用范围广域智能化程度高的优点。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中
图1为根据本发明基于无线传感网络的学习型红外遥控装置的工作原理示意图； 图2为根据本发明基于无线传感网络的学习型红外遥控装置中载波发射脉冲的波形示意图3为根据本发明基于无线传感网络的学习型红外遥控实现方法的流程示意图。结合附图，本发明实施例中附图标记如下
1-按键模块；2-解码模块；3-MCU控制单元；31-FLASH编码存储器；4-射频模块；5-发码模块；6-显示模块。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。装置实施例
根据本发明实施例，如图1和图2所示，提供了一种基于无线传感网络的学习型红外遥控装置。如图1所示，本实施例包括按键模块1、解码模块2、发码模块5、MCU控制单元3、 WSN模块、电源模块与显示模块6，其中按键模块1与解码模块2，均信号连接至MCU控制单元3 ；MCU控制单元3，分别信号连接至发码模块5与显示模块6 ；MCU控制单元3与射频模块4通信连接；电源模块，分别电连接至按键模块1、解码模块2、发码模块5、MCU控制单元3、WSN模块与显示模块6。这里，按键模块1，用来选择并控制学习型遥控的工作模式，有解码和发码两种模式，并进入解码模式或进入网络命令接收模式。显示模块6的模式指示灯亮起，表示进入解码模式，解码状态灯的用来指示解码是否成功。解码模块2，用于将收到的38K红外信号滤除调制后，进行解码，整成规整的脉冲波形，并将带有编码信息的脉冲送给控制单元进行处理。发码模块5，按特定的算法，将FLASH中存储的码型数据取出并按一定的调制方式调制后送出；采用软件调制的方法，将FLASH编码存储器31中的编码信息，按特定的算法处理后还原成解码模块2最初接收到的格式送给空调、电视等电器。射频模块4，使学习型遥控加入无线传感器网络，成为网络中的控制装置，接收网络终端(手机、网关)发来的控制指令， 并定期向网络报告自身的相关信息。MCU控制单元3，是整个学习型遥控的核心，负责解码算法、无线传感器网络的协议运行、发码的算法、及按键控制和显示控制，对按键模块1和显示模块6控制，协调整个系统的运行，并且控制系统功耗；是按特定的算法将解码模块2 输出的脉冲波形信息记录下来，并存储在自带的大容量的FLASH中，另外还要对射频模块4 接收到网络指令进行解析，并指导发码模块5执行相对应的动作。电源模块，用于为射频模块4、按键模块1、显示模块6、解码模块2、发码模块5和MCU控制单元3提供直流电源。优选地，在上述实施例中，在MCU控制单元3中内置有FLASH编码存储器31 (即 Flash Memory，简称FLASH，中文名为闪存)；用于将解码后的码型数据信息，按特定格式存入FLASH中，以防系统掉电丢失。射频模块4，采用垂直极化方向设置的全向天线，最大天线增益2. 5dBi，最大驻波比2. 0 ；支持基于zigbee标准的无线传感器网络，工作频率为 433MHz，信道数目255个，数据传输速率及功率可调，最大传输速率5001ApS，最大传输功率 IOdBm,在空旷处传输距离最大可到300m ；指示模块(用于显示状态)可以是一组发光二极管，用于指示遥控器的当前工作模式，以及指示遥控器的解码结果是否正确。在上述实施例中，基于无线传感器网络的学习型红外遥控装置，带有控制单元和射频模块4，可以使该装置加入无线传感器网络，使其成为网络中的装置，用户可以通过手机、网关远程发消息给学习型遥控装置，遥控装置接收到通过无线传感器网络传来的控制指令后，会自动发码控制空调、电视等电器。在上述实施例中，与基于无线传感网络的学习型红外遥控装置相应的红外遥控方法包括
解码模块2接收不同编码格式的红外遥控信号，并对该红外遥控信号进行解调得到多组编码信息的脉冲信号，并将该脉冲信号传输给控制单元；
MCU控制单元3接收上述脉冲信号形成中断，接收上述含有编码信息的脉冲信号，并将该编码信息存储在FLASH编码存储器31中，并根据控制信息读取FLASH编码存储器31中的编码信息，生成红外遥控调制信号；发码模块5将上述生成的红外调制信号发射出去。在上述与基于无线传感网络的学习型红外遥控装置相应的红外遥控方法中，在发码模块5中，发码波形占空比可调，通过发码算法控制发码波形的调制，发码电路简单可靠，频率38K赫兹的载波和调制信号由软件上实现；在解码模块2中，解码方式智能化，对红外编码格式无特殊要求，对于载波频率在38K附近的红外编码进行解析处理、并成功学习， 并采用记录脉冲波形的脉宽的方式记录被学习波形。在上述实施例中，整个基于无线传感网络的学习型红外遥控装置采用一系列低功耗器件(采用3. 3V直流工作的CMOS工艺)和低功耗技术，最大工作电流50mA，休眠工作电流小于1mA。上述实施例的基于无线传感网络的学习型红外遥控装置，涉及无线传感器网络应用领域，具体是利用一种基于无线传感器网络，利用无线红外和无线射频技术进行学习并控制家用红外控制类电器的装置和实现方法。该装置可以通过无线传感器网络进行远程操控；或者，响应用户的手动按键，直接手动操控学习型遥控来控制家用电器(如空调、电视寸y。具体地，上述实施例的基于无线传感网络的学习型红外遥控装置，作为无线传感器网络的一个控制装置，通过学习目标空调遥控器、电视机等电器的遥控器按键功能；以射频模块4来接收无线传感网的信息，由MCU控制单元3来解析接收到的网络指令，从FLASH 编码存储器31中调出相应的控制码型，然后由发射模块将空调、电视机等的控制码型发
出ο例如，在上述实施例中，基于无线传感网络的学习型红外遥控装置的工作过程如下
⑴首先，将学习型红外遥控器正对空调安装，系统上电，等待初始化完成，在网关上看到红外遥控的图标亮起，表示遥控器已经加入无线传感器网络，这部分工作由射频模块4 和控制单元协同完成。⑵学习目标电器的遥控器编码，这部分工作由解码模块2和控制单元协同完成。 将目标电器的遥控器(简称目标遥控)与学习型红外遥控器正对，操作模式按键使学习型遥控进入学习模式。先后按下学习型遥控的功能按键和目标遥控的功能按键，就能完成学习目标遥控器编码的过程，当每个编码学习完成后，对应的学习状态指示灯会提示用户当前编码是否学习成功。成功学到的编码存入FLASH中，以防掉电后丢失。学习完所有按键功能后，再次按下模式按键，系统即退出学码状态，转而进入重新加入无线传感器网络的过程。⑶在进入学习状态时，由于被学习遥控器的编码方式是未知和多样的，无法分析出一组键码波形的具体码值，因此，在学习某被学些按键的编码时，只记录该按键发出的编码的波形，而不去分析其具体值。如图2所示，具体记录编码波形的方式
以a点为起始点，记录b点距a点的时间间隔tl， 以b点为起始点，记录c点距b点的时间间隔t2， 以此类推
记录下tl、t2……、tn这些数据，从而记录下整个波形的信息。装置存储所学习数字序列信息，并根据操作命令读取相应数字序列，将其调制到所述载波上并发射。⑷当学习型遥控重新加入无线传感器网络后，即进入休眠状态。其作为网络中的一个控制装置，就能接收来自网关或是用户手机(实际上是手机通过网关转发给学习型遥控)的控制指令，从而实现对目标电器的远程控制。控制单元定期自动唤醒，醒来后接收无线传感网传来的控制指令，由控制单元对接收到的指令进行解析，然后控制发码模块5对目标电器进行发码控制。⑶另外，学习型遥控加入网络后，也能当普通遥控器来使用。当学习型遥控入网成功后，大部分时间处于休眠状态，手动按键可将其直接唤醒，由控制单元来处理手动按键信息，然后控制发码模块5对目标电器进行发码控制。因此，可用学习型遥控代替原装遥控器进行使用。上述实施例的基于无线传感网络的学习型红外遥控装置，通过对多种不同编码格式的红外遥控设备的遥控器进行完整记录与重现，能最大程度的实现红外遥控器的兼容性和通用性；同时，该遥控装置具有无线传感网模块，可使遥控设备形成网络，从而进行协同工作和联动，提升已有遥控设备的智能化，从而达到了兼容的遥控不同红外遥控设备并使其加入无线传感网成为其网络节点目的。并且，该装置采用了低功耗和集成化器件，结合一系列低功耗技术和智能解码技术，具有成本低、功耗小、体积小、可靠稳定、布设维护简单等优点。
实现方法实施例
根据本发明实施例，如图3所示，提供了一种基于无线传感网络的学习型红外遥控装置的实现方法，包括
步骤100 对基于无线传感网络的学习型红外遥控装置所在的系统进行初始化，可采用复位方式；初始化后，执行步骤101 ；
步骤101 基于无线传感网络的学习型红外遥控装置加入无线传感器网络(wireless sensor network，简称 WSN)后，执行步骤 102 ；
步骤102 判断端口中断信号是否到来，若是，则执行步骤103 ；否则，返回步骤102，等待端口中断信号的到来；
步骤103 将基于无线传感网络的学习型红外遥控装置从睡眠状态唤醒后，执行步骤
104 ；
步骤104 判断是否接收到WSN命令，若是，则执行步骤108 ；否则，执行步骤105 ； 步骤105 判断是否接收到手动按键信号，若是，则执行步骤106 ；否则，返回步骤102， 等待下一次端口中断信号的到来；
步骤106 判断发码按键是否按下，若是，则执行步骤106 ；否则，返回步骤107 ； 步骤107 重新学码，并返回步骤101 ； 步骤108 发码。通过上述步骤100-步骤108，可实现基于无线传感网络的学习型红外遥控装置的红外遥控操作。在上述基于无线传感网络的学习型红外遥控装置的实现方法中，可以采用分时工作策略，没有无线传感器网络指令时，基于无线传感网络的学习型红外遥控装置处于定期休眠状态；该装置在无线传感器网络指令到来前，会自动从休眠状态中唤醒，对网络协议进行解析并执行控制命令；相应的控制命令执行结束时，该装置再次进入睡眠状态步。在上述基于无线传感网络的学习型红外遥控装置的实现方法中，可以设置不同工作模式及相应工作模式的切换方式，基于无线传感网络的学习型红外遥控装置采用分时工作策略，该装置处于休眠状态；在正常处于分时工作模式，当有按键动作发生时，该装置直接从睡眠中唤醒，执行完发码动作后，该装置自动复位初始化，然后重新与无线传感器网络同步。例如，在上述实施例中，基于无线传感网络的学习型红外遥控装置的实现方法如下
⑴首先系统上电，完成一些初始化配置工作，如射频模块的发射功率、传输速率等。⑵系统初始化完成后，学习型遥控器就开始加入无线传感器网络。一旦成功加入网络，控制单元及射频模块进入休眠状态，此时只有内置的定时器中断、射频模块的接收信息中断、及手动按键中断可以唤醒控制单元。⑶若控制单元被唤醒，首先判断中断来源，若为射频模块接收信息中断，则对网络信息进行解析，然后控制发码模块控制目标电器；若是定时器中断，表明是同步时间帧到来，控制单元唤醒射频模块，通过射频模块和无线网络交换信息；若是手动按键中断，表明用户手动控制遥控器，学习型遥控进入手动控制模式。进入手动控制模式后，首先判断按键是否为学习模式键，若为学习模式键，控制单元控制解码模块进行编码学习，若为普通功能
9按键，控制单元控制发码模块发码。⑷处理完中断信息后，控制单元与射频模块又进入休眠状态，等待下一个中断到来。上述实施例的基于无线传感网络的学习型红外遥控装置的实现方法，采用了智能化的解码方式，无需得知被学习对象的具体编码格式，对于载波频率为38KHZ的红外编码， 学习成功率高；其解码方式通用性强、解码成功率高；该装置使用方便，既可以手动直接控制，又可以通过手机或网关进行远程控制；该装置采用一系列的低功耗和集成化器件，具有体积小、功耗低的特点；该装置采用射频无线传输技术，使布设、维护简单而且成本低；该装置工作稳定可靠，持续工作能力强，在家用电器远程控制中有着广泛的应用前景。综上所述，本发明各实施例的基于无线传感网络的学习型红外遥控装置及其实现方法，涉及无线传感器网络应用领域，具体是提供了一种运行无线网络协议，利用无线红外和无线射频技术，进行学习并控制家用红外遥控类电器(如空调、电视机等)的无线传感器网络装置和实现方法(包括红外编码学习方法、红外编码发送方法)；具体是，利用一体化红外接收器对家用电器遥控器的红外控制信号进行接收、放大、解调，将解调出编码信息存储到MCU控制单元的FLASH编码存储器中；通过软件调制的方法，将FLASH编码存储器中的编码信息，按一定算法处理后还原成解码模块最初接收到的格式，并通过发码模块实现红外信号的发送；MCU控制单元运行网络协议，射频模块对无线信号进行发送和接收；采用自组织的无线传感器网络，既能作为原装红外遥控的替代品，又能作为无线传感器网络中的网络装置，通过手机、无线网关发送信息，实现对家用电器的远程控制；在实际应用中具备成本低、使用方便、以及智能灵活等优点。最后应说明的是以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于无线传感网络的学习型红外遥控装置，其特征在于，包括按键模块、解码模块、发码模块、MCU控制单元、WSN模块、电源模块与显示模块，其中所述按键模块与解码模块，均信号连接至MCU控制单元；MCU控制单元，分别信号连接至发码模块与显示模块；MCU控制单元与射频模块通信连接；电源模块，分别电连接至按键模块、解码模块、发码模块、MCU控制单元、WSN模块与显示模块。
2.根据权利要求1所述的基于无线传感网络的学习型红外遥控装置，其特征在于，在所述MCU控制单元中内置有FLASH编码存储器。
3.根据权利要求1所述的基于无线传感网络的学习型红外遥控装置，其特征在于，所述射频模块，采用垂直极化方向设置的全向天线。
4.根据权利要求1所述的基于无线传感网络的学习型红外遥控装置，其特征在于，所述射频模块支持基于zigbee标准的无线传感器网络。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的基于无线传感网络的学习型红外遥控装置，其特征在于，相应的红外遥控方法包括所述解码模块接收不同编码格式的红外遥控信号，并对该红外遥控信号进行解调得到多组编码信息的脉冲信号，并将该脉冲信号传输给控制单元；所述MCU控制单元接收上述脉冲信号形成中断，接收上述含有编码信息的脉冲信号， 并将该编码信息存储在FLASH编码存储器中，并根据控制信息读取FLASH编码存储器中的编码信息，生成红外遥控调制信号；所述发码模块将上述生成的红外调制信号发射出去。
6.根据权利要求5所述的基于无线传感网络的学习型红外遥控装置，其特征在于，相应的红外遥控方法还包括在所述发码模块中，发码波形占空比可调，通过发码算法控制发码波形的调制。
7.根据权利要求5所述的基于无线传感网络的学习型红外遥控装置，其特征在于，相应的红外遥控方法还包括在所述解码模块中，对于载波频率在38K附近的红外编码进行解析处理，并采用记录脉冲波形的脉宽的方式记录被学习波形。
8.根据权利要求5所述的基于无线传感网络的学习型红外遥控装置，其特征在于，相应的红外遥控方法还包括通过无线传感器网络进行远程操控；或者，响应用户的手动按键，直接手动操控学习型遥控来控制家用电器。
9.一种根据权利要求1所述的基于无线传感网络的学习型红外遥控装置的实现方法， 其特征在于，包括采用分时工作策略，没有无线传感器网络指令时，基于无线传感网络的学习型红外遥控装置处于定期休眠状态；该装置在无线传感器网络指令到来前，会自动从休眠状态中唤醒，对网络协议进行解析并执行控制命令；所述控制命令执行结束时，该装置再次进入睡眠状态步。
10.一种根据权利要求1所述的基于无线传感网络的学习型红外遥控装置的实现方法，其特征在于，包括设置不同工作模式及相应工作模式的切换方式，基于无线传感网络的学习型红外遥控装置采用分时工作策略，该装置处于休眠状态；在正常处于分时工作模式，当有按键动作发生时，该装置直接从睡眠中唤醒，执行完发码动作后，该装置自动复位初始化，然后重新与无线传感器网络同步。
全文摘要
本发明公开了基于无线传感网络的学习型红外遥控装置及其实现方法，该装置包括按键模块、解码模块、发码模块、MCU控制单元、WSN模块、电源模块与显示模块，其中所述按键模块与解码模块，均信号连接至MCU控制单元；MCU控制单元，分别信号连接至发码模块与显示模块；MCU控制单元与射频模块通信连接；电源模块，分别电连接至按键模块、解码模块、发码模块、MCU控制单元、WSN模块与显示模块。本发明所述基于无线传感网络的学习型红外遥控装置及其实现方法，可以克服现有技术中无法实现远程监控、适用范围小与智能化程度低等缺陷，以实现远程监控性能好、适用范围广域智能化程度高的优点。
文档编号G08C23/04GK102385796SQ201110419380
公开日2012年3月21日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者吴波, 姜华, 徐志广, 毛嘉, 王世博, 王峰, 邹炳昂 申请人:上海物鼎传感技术有限公司