远程控制系统的设计与实现
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摘 要 远程控制系统具有可控距离远，操作性强，携带方便等特点，越来越受到各个行业的重视。文章主要介绍了远程控制系统的原理，该系统由信号发送系统、信号通道和监控系统三部分组成，并以智能家居系统和蓝牙控制小车实验为例，分析了远程控制系统的实现。最后，文章认为，随着网络技术和终端的不断发展，远程控制系统将会在越来越多的领域被应用。
关键词 远程控制 无线网络 智能家居 蓝牙
随着电子信息技术的发展和网络的普及，基于移动通讯设备建立的远程控制平台在高效率远程控制方面是一种必然的发展趋势。在军事和科研方面主要是远程对目标计算机的实时监控和操作，对现场状况的实时观测，对作业现场有效数据的观测采集。在应用方向，多用于家庭生活、电力工程、机械工业生产和水文水利行业等领域。控制设备便携性好，可以随时随地对目标进行远程操作，在操作便捷程度、功耗、性能等方面有着独特的优势和广阔的发展空间。
1远程控制系统的原理
1.1信号发送系统
信号发送系统用于发出信号指令。控制者可根据人为的意愿从设备端输入相应指令，通过芯片处理将其转换成适宜的信号，借助于无线传输系统将信号发送出去。
设备终端提供用户与现场设备进行交互的界面。从功能角度来看，主要包括远程设备状态的终端显示、控制命令及参数的输入、对命令参数和状态数据进行必要的处理以及其它操作。
由于微机体积小、成本低、携带方便、应用广泛，基于微机的远程控制端软件受到越来越多人的青睐，微机逐渐成为远程监控终端系统的主要操作平台。例如，手机如今已成为普及的信息化产品，借助手机客户端软件作为信号发送系统，具有越来越广阔的应用前景和发展潜力。
1.2信号通道
常见的无线信号传输方式有以下五种：
1.2.1无线个人网 WPAN
主要用于个人用户工作空间，典型覆盖距离在 5 米左右，可以与计算机同步传输文件，访问本地外围设备等，主要的标准包括IrDA、Zigbee、UWB、BlueTooth等。
1.2.2无线局域网 WLAN
主要用于宽带家庭、大楼内部以及园区内部，典型覆盖距离在几十米至上百米，主要国际标准包括 WiFi（IEEE 802.11 系列协议）、HomeRF、HiperLAN/2等。
1.2.3无线城域网 WMAN
WMAN 主要是指 IEEE802.16（即 WiMax，Worldwide Interoperability for Microwave Access）系列标准，工作在 10 到 66GHz 频段，可以覆盖几十公里以上距离的城域环境，主要用于Internet访问。
1.2.4无线广域网 WWAN
WWAN主要指IEEE802.20（Mobile-Fi）以及2G、2.5G、3G、B3G、4G等，其覆盖空间更广，覆盖距离可以达几公里，几十公里甚至上百公里。
1.2.5卫星通信技术
卫星通信技术可以实现全球的通信甚至是在外层空间的远程通信。卫星通信具有通讯距离远、全球覆盖性、不易受自然灾害影响、固定的广播能力、按需灵活分配带宽以及支持移动性等优点。通过将其与 Internet 的组合，可以建立覆盖全球的无线远程控制通讯网络。
1.3监控系统
监控系统是直接对现场设备进行监测和控制的系统。其主要任务是根据监控终端的控制数据对设备进行控制，同时监测设备的状态，并作出必要的分析，再将这些状态通过传输通道反馈到监控端。一般情况下，检测系统借助于各类传感器来收集数据，通过计算机处理，将数据通过无线传输方式传回信号发送系统的设备终端，给用户发送控制指令提供依据。同时，用户通过信号发送系统的设备终端经信号通道将控制信号传送到控制系统，实现对目标设备的实时控制。
2远程控制系统的应用――智能家居
智能住宅是近几年产生并迅速崛起的一种新型住宅，而家居的智能化是其最重要最基本的内容。家居的智能化为住户提供了一种更加安全、舒适、方便、快捷和开放的智能化、信息化的生活空间。
智能家居系统一般由家庭网关、家庭局域网、家庭设备等部分组成。移动终端通过互联网和家庭网络将信息指令发送给家庭智能控制器，从而实现对家庭设备的实时控制。
控制中心是整个智能家居系统的总控制器，对整个家庭中的电视、照明设备等家用电器进行控制。控制中心存放着照明设备、红外家电、各种传感器的控制命令，通过控制中心上的人机交互控制界面实现对家居设备的便捷智能控制。整个系统主要由手持终端即控制中心，子控制中心两大部分组成。控制中心模块可以由手持 Android 设备外接 2.4G 无线模块组成。控制中心模块的主要功能是通过手持 Android 设备，利用 2.4G 无线通信技术实现对智能家居环境内各个房间的灯光控制，室内和室外温度的查看、红外家电设备的控制，以及各种家居安防传感器的控制。子控制器模块可以是通过特定的模块电路与 2.4G 无线模块相连形成的无线控制模块。在家居生活中，我们经常要对家居的照明设备进行控制调节，灯光控制器就是实现这一功能。通过 2.4G 无线模块与特定灯光控制电路相连，可以通过手持 Android终端通过 2.4G 无线通信，实现对家居照明设备的打开、关闭和亮度的控制调节。
3无线控制实验――手机蓝牙控制小车实验
3.1软件设计
本蓝牙软件是基于Android5.0.1系统设计的，所用开发工具为Eclipse集成开发环境。蓝牙软件包括手机界面设计与手机监听程序设计。在Eclipse开发平台中，通过Layout设计好手机界面后，为Button按键绑定监听程序，实现每个按键按下之后，能通过手机蓝牙发送相应字符串使蓝牙模块接收。在Layout布局文件中，每个Button控件都会有一个ID号，例如android：id="@+id/buttonl"。这样，当按键按下时，通过监听程序setOnTouchListener（newButton.OnTouchListener（））和ID地址就可以监听按键是否按下。采用switch-case结构，跳转到不同的case中，向小车蓝牙模块发送不同信息。在程序里直接写进小车蓝牙模块的蓝牙地址（20：15：02：04：10：43），将蓝牙地址固定在程序中，而不经过搜索列表配对。这样在设置中蓝牙配对后，打开软件即可连接蓝牙。
3.2硬件设计
从性能和成本方面综合考虑，蓝牙小车的主控单元采用增强型单片机STC89C52RC作为主控制器，工作频率范围是0～44MHZ，工作电压为3.3～5.5V，拥有8KFlash存储器，片上集成512字节的RAM，具有32个通用IO口，EEPROM功能，看门狗功能，指令代码能完全兼容传统8051单片机。
单片机的主要任务是处理蓝牙设备从手机客户端处接收到的信号，并将信号以高低电平的方式控制小车驱动。程序采用中断接收，每次中断都会检查一次蓝牙模块数据的接收，当中断接收标志位为1的时候，读取数据，并通过字符判断是否驱动电机。
4结语
远程控制技术打破了控制线缆的约束，增加了控制的有效距离，极大提高了控制的及时性、有效性和安全性，较传统控制方式优势明显。
目前，随着无线移动网络和终端的迅速发展，这给远程控制系统的研究带来了机遇和便利。无线网络传输范围更广，成本更低，势必使远程控制系统在工业，农业，家庭生活等许多领域得到广泛应用。
（指导老师：高伟）
项目来源：“北京林业大学大学生科研训练计划”项目（项目编号：X201410022130）。
参考文献
[1] 陈洋，陆宇平.无线远程控制技术研究及其系统平台实现.2006.
[2] 吕红梅，卢国明.基于Android的智能家居无线控制系统的设计与实现.2012.
[3] 张桂珠，刘丽，陈爱国.Java面向对象程序设计[M].北京邮电大学出版社（第2版）.
[4] Ken Dunham ，Mobile Malware Attacks and Defense，2008：162.
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