CN101540095A

CN101540095A - 基于移动网络的手机遥控家电开关的***

Info

Publication number: CN101540095A
Application number: CN200910049400A
Authority: CN
Inventors: 谷红亮; 申瑞民; 刘振宇; 沈华
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2009-04-16
Filing date: 2009-04-16
Publication date: 2009-09-23
Anticipated expiration: 2029-04-16
Also published as: CN101540095B

Abstract

本发明涉及一种远程控制技术领域的基于移动网络的手机遥控家电开关的***，其中：开关控制器一方面根据串口信息来控制家电电源的闭合与断开以实现家电的开和关，另一方面读取家电电源的开关状态，将此状态信息通过串口报告给控制服务器；客户手机或计算机运行Web浏览器，通过浏览器查看家电的开关状态，并发送http格式的开关控制命令给控制服务器；控制服务器运行一个Web服务器，该服务器反映从串口读取的家电电源的开关状态，并接收用户浏览器发出控制命令，将命令转换后通过串口传送给开关控制器。本发明无需复杂的控制部件，手机通过无线移动网络，计算机通过Internet连接到***控制服务器中，对家电实现随时随地的监控。

Description

基于移动网络的手机遥控家电开关的***

技术领域

本发明涉及的是一种电信技术领域的***，具体来说，涉及的是一种基于移动网络的手机遥控家电开关的***。

背景技术

对家电(例如，电灯、风扇、冰箱)进行随时随地的远程监控是人们一直追求的目标和理想。人们外出时，想知道自己家中或办公室中的电器设备是否开启或关闭，也想进一步控制电器设备的开和关。技术上，随着Internet和Web服务的广泛蔓延与应用，以及手机、PDA(个人数字助理)、笔记本电脑等便携式终端的普及，使得人们能随时随地地享受Internet服务成为可能。

经对现有技术的检索发现，目前已经有不少计算机家电控制***，例如，“灯光控制***及方法”(专利公开号CN 1937875A)利用单片机对灯光进行控制，在一台连接该单片机的计算机提供用户控制界面。“网络型无线遥控灯光控制器及其通信控制方法”(专利授权公告号CN 1133357C)使用一块带微处理器、以太网通信模块等部件的控制主板对电灯进行控制，而在一台与控制主板用以太网连接的计算机上提供用户控制界面。这些***存在如下的缺点：一是家电的直接控制部件复杂，需要单片机、微处理器甚至以太网通信模块等复杂部件以及相应的连接电路；二是控制方式要么是基于单机模式，要么是基于C/S(客户/服务器)模式，在单机模式中，用户无法通过网络来控制家电，而在C/S网络模式中，控制端必须是一台运行专门客户软件的计算机，这样使得如手机、PDA等终端因无法运行专用软件来控制家电，而也难以对客户端数进行扩容。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于移动网络的手机遥控家电开关的***，基于串口的改造电路实现控制，无需复杂的控制部件(如单片机等)，其中手机通过无线移动网络，计算机通过Internet连接到***控制服务器中，实现随时随地的监控。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括一个开关控制器、一个控制服务器以及不限数量的连接Internet的客户终端，其中：

所述开关控制器与控制服务器的串口连接，一方面根据串口信息来控制家电电源的闭合与断开以实现家电的开和关，另一方面读取家电电源的开关状态，将此状态信息通过串口报告给控制服务器。

所述客户终端包括手机、计算机、PDA等多种形式的智能终端，它们运行Web浏览器。用户通过终端浏览器查看家电的开关状态，输入开关控制命令。浏览器将用户的交互命令转换为http(Hyper Text Transfer Protocol，超文本传输协议)格式与控制服务器通信；

所述控制服务器是一台带串口的计算机，其中运行一个Web服务器***，该服务器***以Web服务的方式向客户终端提供家电开关的监控服务。也就是说，控制服务器一方面作为Web服务器与作为Web客户的客户终端进行交互，另一方面通过串口与开关控制器通信，监控家电电源开关，实现两方面工作之间的命令和结果的转换。控制服务器提供的Web服务以用户认证和安全权限为基础，以此保证服务的安全性。

所述开关控制器是***的硬件基础，它基于计算机串口电路实现对家电开关的控制与状态读取。开关控制器可根据用户需求选择连接或不连接一个双控开关(又称单刀双掷开关)，若连接双控开关使得用户不仅通过手机或计算机控制家电开关，还可以手动控制；若不连接则只能用手机或计算机控制。计算机串口是一个纯数字通信接口，串口引脚值的变化对应其电平的高/低变化，开关控制器基于此原理实现对家电的监控。开关控制器的电路包括控制回路和读取回路两部分，它连接了串口SG(信号地线)、RTS(请求发送)、CTS(清除发送)引脚。

控制回路使用串口SG、RTS引脚，用于控制家电开关。在控制回路中RTS作为输出端，SG作为接地端，RTS端引出线路经过二极管整流变成单向正电压，经三极管放大后回到SG引脚。三极管放大的信号连接继电器电磁线圈(即输入回路)的两端，而继电器的被控(即簧片)开关与家电组成回路；若使用手动的双控开关，则与后者一起与家电组成回路。这样继电器簧片开关触点的状态切换就决定了控制家电电源的断开与闭合。在此控制回路中，RTS端是否等于1，就决定是否在RTS端产生一个正电压，从而决定在控制回路中是否产生回路电流，驱动继电器簧片开关触点的状态切换，最终决定被控家电电源的开关。

读取回路使用串口SG、CTS引脚，用于读取家电开关状态。读取回路连接家电电源的两端，经过变压将电压降低到15V，然后经过整流变为单向信号，再经过稳压电路变成+3V～+12V的直流电信号，直流电信号的“-”极连接串口的SG引脚，而“+”极连接串口的CTS引脚。这样当家电电源闭合时，将在CTS引脚产生+3～+12V电平，即逻辑1的电平，而家电电源断开时，CTS引脚接地，电平为0V，从而使CTS引脚为非1的电平。这样通过读取CTS引脚的值可以判断家电电源是否闭合。

所述控制服务器中运行Web服务器***，该***由Web服务程序、Web服务器引擎(简称Web服务器)、数据库服务器和用户库等模块组成。用户库是一个数据库，包含名称、密码、权限等用户信息。数据库服务器用于提供对用户库的访问服务。Web服务器一方面作为Web服务程序运行的支撑平台，另一方面通过数据库服务器提供访问用户库的服务。Web服务程序是控制服务器的核心部件，它一方面控制开关控制器，另一方面并向客户终端提供家电监控的Web服务。

所述***的运作机制是：客户终端的浏览器通过http协议与控制服务器的Web服务程序通信。服务程序以Web页面的形式输出服务结果，浏览器负责显示服务器来Web页面。用户的操作都在浏览器中完成，其过程为用户在页面上的交互时，浏览器将此交互命令组织成http命令发送给服务器，服务器响应该命令，通过串口操控开关控制器完成相应操作，将结果以Web页面形式返回给浏览器。

上述***结构及运作机制有如下的优点：1、模块化设计，层次化组织，使得每个模块不依赖于具体实现，便于移植。例如Web服务器既使用微软IIS(Internet Information Server)，也可使用开放源码的Apache或其他产品。将本发明应用于具体环境时，可以根据不同平台和背景***选择不同的实现。在移植时替换相应层次的模块，不影响其他层次的模块。2、模块之间松耦合，便于维护与调试。3、用户信息单独保存在数据库中，实现代码与数据的分离，便于用户信息的维护。4、在运作机制中，网页的生成都在服务器端完成，浏览器端不需复杂的客户端动态网页技术支持，这样许多不支持客户端动态网页的手机浏览器也可使用***的服务。

所述Web服务程序模块是采用服务运行方法来实现其功能。服务运行方法包括状态显示和状态修改两部分，状态显示是响应用户查看家电开关状态命令的服务，而状态修改是响应用户控制家电开关命令的服务。其中：

所述状态显示，具体为：当收到浏览器的显示家电开关状态的http请求后，向发送用户名、密码输入网页，然后从浏览器返回的数据获得用户名、密码等信息；将此信息与用户库中信息比较，检查用户和权限，只有用户合法且权限允许才能读取家电(电源)开关状态，否则拒绝；读取家电开关状态通过读取串口CTS引脚的值来决定的，若CTS值为1则表示家电为开状态，为0则家电为关状态；读取家电开关状态过程用一个“读”锁来保护。

所述状态修改，具体为：当收到浏览器的改变家电开关状态的http请求后，向发送用户名、密码输入网页，然后从浏览器返回的数据获得用户名、密码等信息；将此信息与用户库中信息比较，检查用户和权限，只有用户合法且权限允许才能修改家电开关状态，否则拒绝；修改家电开关状态是通过将串口RTS引脚值翻转来实现；修改后将RTS值与之前的值比较，若RTS值发生变化则提示用户修改成功，否则提示失败；修改家电开关状态过程用一个“写”锁来保护。

对上述服务运行方法几点说明如下：由于***中智能终端是多个，控制服务器可能同时要为多个客户服务，因此控制服务器必须面对并发的问题。此服务运行方法采用了读者-写者的并发同步模型，此模型中写锁是互斥的，读锁可共享，写锁与读锁也是互斥的。另外此服务运行方法采用了集中式安全认证模式，即安全控制集中在服务器端完成，服务器端的用户库保存了合法的用户名、密码、权限等级等信息，在此方法中修改权限等级大于显示权限，这样有修改权的用户肯定有显示权，反之未然。

本发明具有以下优点：

■***的硬件实现简单，成本低廉，应用门槛低，便于推广。***的硬件基础——开关控制器——是通过对计算机串口电路的改造实现对家电开关的控制与状态读取，无需复杂的硬件(如微处理器等模块)支持，结构精简。由于采用直接引脚信号变换实现开关控制器与计算机的通信，因此串口之间也无需复杂的通信协议支持。任何拥有一台带串口的连接Internet计算机的方就可应用本***，现代计算机一般都拥有串口，即使没有串口，连接一个的USB-TO-COM转换器就实现一个串口，这样使本发明应用基础广泛而且普适。

■由于采用Web浏览器/服务器的方式提供服务，并设有安全权限控制机制，且网页的生成都在服务器端完成，这样任何能运行浏览器连接Internet的终端都可使用***的监控服务。现在社会，不仅计算机、PDA等智能终端连接Internet，而且几乎所有的移动网络营运商们都提供了手机连接Internet的服务，大多数手机(如Nokia N系列智能手机)都自带有Web浏览器，它们跟PDA、计算机一样可以得到Web服务，而且由于手机的易携带性，以及无线移动网络连接的无处不在使得用户能借助手机通过移动网络的连接实现随时随地的对家电设备开关的监控。

■服务***的结构合理(如模块松耦合、层次化组织)，与实现平台无关，适用于不同的软件环境平台，便于***的应用与推广。

■服务方法保证了服务的安全性，处理多个用户的并发性问题，使得本***满足Web服务要求，适应Internet服务特色。

附图说明

图1是本发明整个***组成图；

图2是开关控制器及与其他部件连接电路图；

图3是本发明***结构图；

图4是服务运行方法的结构图；

图5是状态显示流程图；

图6是状态修改流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括一个开关控制器、一个控制服务器以及2个连接Internet客户终端，分别是Nokia N70手机和一台计算机。开关控制器控制家电电源的闭合与断开，读取电源的开关状态。控制服务器是一台带串口并连接了Internet的计算机，它一方面与开关控制器通信，读取状态信息，发送命令；另一方面向所有连接Internet的手机、计算机等智能终端提供具有安全性的监控服务。客户终端中，Nokia N70手机通过移动无线网连接Internet，而计算机直接连接Internet。Nokia N70运行厂家自带的Web浏览器，而计算机使用IE 6.0浏览器。

所述开关控制器是***的硬件基础，它基于计算机串口电路实现对家电开关的控制与状态读取。开关控制器可根据用户需求选择连接或不连接一个双控开关，若连接双控开关使得用户不仅通过手机或计算机控制家电开关，还可以手动控制；若不连接则只能用手机或计算机控制。计算机串口是一个纯数字通信接口，串口引脚值的变化对应其电平的高/低变化，开关控制器基于此原理实现对家电的监控。开关控制器的电路包括控制回路和读取回路两部分，它连接了串口信号地线SG、请求发送RTS、清除发送CTS引脚。

控制回路使用串口SG、RTS引脚，用于控制家电开关。在控制回路中RTS作为输出端，SG作为接地端，RTS端引出线路经过二极管整流变成单向正电压，经三极管放大后回到SG引脚。三极管放大的信号连接继电器电磁线圈的两端，而继电器的被控开关与家电组成回路；若使用手动的双控开关，则与后者一起与家电组成回路。这样继电器簧片开关触点的状态切换就决定了控制家电电源的断开与闭合。在此控制回路中，RTS端是否等于1，就决定是否在RTS端产生一个正电压，从而决定在控制回路中是否产生回路电流，驱动继电器簧片开关触点的状态切换，最终决定被控家电电源的开关。

本实施例选用了双控开关与开关控制器一起控制的模式，这样用户既可用通过手机或计算机控制家电开关，又可以通过双控开关手动控制家电开关。本例的被控家电为风扇或电灯。控制服务器操作***平台为Windows XP，控制服务器连接Internet使用外网IP地址(202.120.*.*)。

开关控制器及与其他部件连接电路参阅图2所示。图中串口(COM)的SG对应第5引脚，RTS对应第7引脚，CTS对应第8引脚。读取回路的C2端连接CTS、C3端连接SG。读取回路的P1、P2端与家电并联连接电源。控制回路C1端连接RTS、C3端连接SG。读取回路变压采用降压线圈(T_R)，将家电电源后降低到15V，经桥式整流(D_B)后变为单向信号，稳压采用稳压二极管(D_W)和限流电阻(R₁)实现，最后得到一个11V的直流电信号，+极连接CTS，-极连接SG。控制回路将RTS的信号经过二极管(D1)整流变成单向正电压，经三极管(G1)放大后回到SG引脚。三极管(G1)放大后的信号连接继电器(J1)电磁线圈两端。继电器(J1)的簧片开关与双控开关一起和家电组成回路，这样无论继电器(J1)簧片开关的切换还是双控开关的切换都将改变家电的开关状态。

如图3所示，控制服务器运行Web服务器***，向作为Web客户的客户终端通过http协议提供Web形式的家电监控服务，并操控开关控制器。Web服务器***由Web服务程序、Web服务器、数据库服务器、用户构成，其中Web服务器为微软IIS，数据库服务器为SQL Server，Web服务程序是以C#书写的aspx格式文件。用户库位于第1层，存储用户信息；数据库服务器位于第2层，提供对用户库的访问服务；Web服务器位于第3层，调用数据库服务器的功能；Web服务程序位于第4层，使用Web服务器功能，通过它间接地访问用户库，并操控开关控制器。

Web服务程序模块是控制服务器的核心，它是采用服务运行方法来实现其功能。Web服务运行方法如图4所示，是由状态显示和状态修改两部分构成的。下面对两方法分别说明如下：

1.状态显示

状态显示的步骤如图5所示，详细过程如下：

步骤1.1：向浏览器发送用户名、密码输入网页。

步骤1.2：从浏览器获得用户名、密码

步骤1.3：查询用户库

步骤1.4：与用户库中的信息比较，看该用户名和密码是否合法，并是否具有查看的权限。若此条件中的任意一条不满足，转步骤1.10；若全部条件都满足，做下一步。

步骤1.5：加读锁。循环等待直到加锁成功，本步骤才返回。

步骤1.6：读取串口。

步骤1.7：根据CTS引脚的值设置家电的开关状态。当CTS引脚值为1，则设家电为开状态；否则设为关状态。

步骤1.8：释放读锁。

步骤1.9：将状态信息组成网页发送给浏览器，结束此服务。

步骤1.10：将显示非法用户或无权访问的网页发送给浏览器，结束此服务。

2.状态修改

状态修改的步骤如图6所示，详细过程如下：

步骤2.1：向浏览器发送用户名、密码输入网页。

步骤2.2：从浏览器获得用户名、密码

步骤2.3：查询用户库

步骤2.4：与用户库中的信息比较，看该用户名和密码是否合法，并是否具有修改的权限(即控制家电开关的权限)。若此条件中的任意一条不满足，转步骤2.15；若全部条件都满足，做下一步。

步骤2.5：加写锁。循环等待直到加锁成功，本步骤才返回。

步骤2.6：读取串口。

步骤2.7：根据CTS引脚的值保存。

步骤2.8：将RTS引脚值变反(即修改后的值为原值的反码)。

步骤2.9：写串口

步骤2.10：读取串口。

步骤2.11：判断CTS当前值是否不同于先前保存的值。若不同，则提示修改成功；相同则提示修改失败。

步骤2.12：释放写锁。

步骤2.13：根据CTS引脚值设置家电开关状态：等于1则设置为开；等于0则设置为关。

步骤2.14：将开关状态信息、修改是否成功信息组成网页发送给浏览器，结束此服务。

步骤2.15：将显示非法用户或无权访问的网页发送给浏览器，结束此服务。

本实施例无需复杂的控制部件，手机通过无线移动网络，计算机通过Internet连接到***控制服务器中，对家电实现随时随地的监控。

Claims

1、一种基于移动网络的手机遥控家电开关的***，其特征在于包括一个开关控制器、一个控制服务器以及连接Internet的客户终端，其中：

所述开关控制器与控制服务器的串口连接，一方面根据串口信息来控制家电电源的闭合与断开以实现家电的开和关，另一方面读取家电电源的开关状态，将此状态信息通过串口报告给控制服务器；

所述客户终端运行Web浏览器，用户通过终端浏览器查看家电的开关状态，输入开关控制命令，浏览器将用户的交互命令转换为http格式与控制服务器通信；

所述控制服务器是一台带串口的计算机，其中运行一个Web服务器***，该服务器***以Web服务的方式向客户终端提供家电开关的监控服务，控制服务器一方面作为Web服务器与作为Web客户的客户终端进行交互，另一方面通过串口与开关控制器通信，监控家电电源开关，实现两方面工作之间的命令和结果的转换，控制服务器提供的Web服务以用户认证和安全权限为基础，以此保证服务的安全性。

2、根据权利要求1所述的基于移动网络的手机遥控家电开关的***，其特征是，所述开关控制器连接或不连接一个双控开关，若连接双控开关用户不仅通过手机或计算机控制家电开关，还能手动控制；若不连接则只能用手机或计算机控制。

3、根据权利要求1或2所述的基于移动网络的手机遥控家电开关的***，其特征是，所述开关控制器基于计算机串口电路实现对家电开关的控制与状态读取，它包括控制回路和读取回路两部分，连接串口信号地线(SG)、请求发送(RTS)、清除发送(CTS)引脚，控制回路使用串口信号地线(SG)、请求发送(RTS)引脚，用于控制家电开关；读取回路使用串口信号地线(SG)、清除发送(CTS)引脚，用于读取家电开关状态。

4、根据权利要求3所述的基于移动网络的手机遥控家电开关的***，其特征是，所述控制回路使用串口请求发送(RTS)作为输出端，串口信号地线(SG)引脚作为接地端，清除发送(CTS)引脚端引出线路经过二极管整流变成单向正电压，经三极管放大后回到串口信号地线(SG)引脚；三极管放大的信号连接继电器电磁线圈即输入回路的两端，而继电器的被控开关与家电组成回路，若使用手动的双控开关，则与后者一起与家电组成回路；这样请求发送(RTS)引脚端是否等于1，就决定是否在RTS端产生一个正电压，从而决定在控制回路中是否产生回路电流，驱动继电器簧片开关触点的状态切换，最终决定被控家电电源的开关。

5、根据权利要求3所述的基于移动网络的手机遥控家电开关的***，其特征是，所述读取回路连接家电电源的两端，经过变压将电压降低到15V，然后经过整流变为单向信号，再经过稳压电路变成+3V～+12V的直流电信号，直流电信号的“-”极连接串口的串口信号地线(SG)引脚，而“+”极连接串口的清除发送(CTS)引脚，这样当家电电源闭合时，将在清除发送(CTS)引脚产生+3～+12V电平，即逻辑1的电平，而家电电源断开时，清除发送(CTS)引脚接地，电平为0V，即逻辑0的电平，通过读取清除发送(CTS)引脚的值判断家电电源是否闭合。

6、根据权利要求1所述的基于移动网络的手机遥控家电开关的***，其特征是，所述控制服务器中运行Web服务器***，该***由Web服务程序模块、Web服务器、数据库服务器和用户库组成，其中：用户库是一个数据库，包含名称、密码、权限用户信息；数据库服务器用于提供对用户库的访问服务；Web服务器一方面作为Web服务程序运行的支撑平台，另一方面通过数据库服务器提供访问用户库的服务；Web服务程序模块是控制服务器的核心部件，它一方面控制开关控制器，另一方面并向客户终端提供家电监控的Web服务。

7、根据权利要求6所述的基于移动网络的手机遥控家电开关的***，其特征是，所述客户终端的浏览器通过http协议与控制服务器的Web服务程序通信；服务程序以Web页面的形式输出服务结果，浏览器负责显示服务器来Web页面；用户的操作都在浏览器中完成，其过程为用户在页面上的交互时，浏览器将此交互命令组织成http命令发送给服务器，服务器响应该命令，通过串口操控开关控制器完成相应操作，将结果以Web页面形式返回给浏览器。

8、根据权利要求6或7所述的基于移动网络的手机遥控家电开关的***，其特征是，所述Web服务程序模块是采用服务运行方法来实现其功能，该服务运行方法包括状态显示和状态修改两部分，状态显示是响应用户查看家电开关状态命令的服务，而状态修改是响应用户控制家电开关命令的服务。

9、根据权利要求8所述的基于移动网络的手机遥控家电开关的***，其特征是，所述状态显示，具体为：当收到浏览器的显示家电开关状态的http请求后，向发送用户名、密码输入网页，然后从浏览器返回的数据获得用户名、密码等信息；将此信息与用户库中信息比较，检查用户和权限，只有用户合法且权限允许才能读取家电开关状态，否则拒绝；读取家电开关状态通过读取串口清除发送(CTS)引脚的值来决定的，若清除发送(CTS)引脚值为1则表示家电为开状态，为0则家电为关状态；读取家电开关状态过程用一个“读”锁来保护。

10、根据权利要求8所述的基于移动网络的手机遥控家电开关的***，其特征是，所述状态修改，具体为：当收到浏览器的改变家电开关状态的http请求后，向发送用户名、密码输入网页，然后从浏览器返回的数据获得用户名、密码等信息；将此信息与用户库中信息比较，检查用户和权限，只有用户合法且权限允许才能修改家电开关状态，否则拒绝；修改家电开关状态是通过将串口请求发送(RTS)引脚值翻转来实现；修改后将请求发送(RTS)引脚与之前的值比较，若串口请求发送(RTS)引脚值发生变化则提示用户修改成功，否则提示失败；修改家电开关状态过程用一个“写”锁来保护。