过日子要有技术含量-第17章

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一个继电器（智能台灯的手，能够打开和关闭智能台灯的电源）

注：实际上，为了让这些器件能够工作，你还需要一些额外的器件，比如直流稳压模块，程序下载器，连接器件的电路板、连接线等等。不过从解释原理这个目的来说，这些器件并不重要，故略去不表。

步骤：

先向微控制器写入一个程序，告诉微控制器一些“思考”方法（比如在接到手机的“开灯”命令后应该打开台灯而不是音响），再将台灯、继电器、微控制器和蓝牙模块根据这个示意图连接起来，最后给手机写一个能够向蓝牙模块发出指令的程序……恭喜你，大功告成，打完收工啦！

嗯？　太快了吗？　你想知道更多细节吗？　好吧，就让我向你透露一下这个作为智能台灯大脑的微控制器究竟在想些啥。假设现在你希望关掉一盏正在发光的智能台灯。你需要先用手机搜索到安装在智能台灯上的蓝牙模块，并和它建立无线连接。当你按下手机屏幕上的“关灯”按钮时，手机就会告诉蓝牙模块“请关灯吧！”，然后蓝牙模块就像个传声筒一样，把这个消息原封不动地转告微控制器。听到了这个消息之后，微控制器在千分之一秒内就做出了决定：“站在角落里那个，继电器，没错，就是你，去把灯关喽！”于是接在台灯供电线上的继电器就断开了，台灯就灭啦。

中阶改造：手机控制家中所有的电灯

手机控制台灯并没有什么实用价值，因为台灯本身是可以到处插的，你可以把它挪到你想挪的地方去，并不需要远程操作。更需要改造成手机控制的，应该是家里的各种顶灯壁灯：当你洗漱完毕已经坐在被窝里刷了半小时果壳，准备睡觉的时候，离开温暖的被窝跑到卧室门口关灯是一件多么需要毅力的事情啊！如果这时，不需要离开被窝，在手机上轻轻一按就能关灯，生活是不是瞬间就变得美好了呢？

用手机控制天花板上的电灯，和之前控制桌上的一盏台灯，只有一点区别：电灯的数量更多。所以，系统需要作如下图的变化：

【系统示意图２】

用一个主微控制器，一个蓝牙模块，以及一堆无线开关（电动车库门的钥匙就是最常见的无线开关）*、一堆次微控制器和一堆继电器重新组成一个智能控制网络。如果说主微控制器是这个“智能”军的军长，那么用手机通过蓝牙模块指挥军长的你就是司令，而无线开关的发射模块就是军长向各个旅（受控的电灯）下达指令的通信兵。指令到达每个旅之后，由旅长（次微控制器）的通信兵（无线开关的接收模块）向旅长转达这个指令，然后旅长命令手下的士兵（继电器）执行。**

*这三种东西构成了控制中心

**实际上，受控电灯也可以不使用微控制器，不过用微控制器来解释会比较统一。

在软件上也需要稍作改动，手机上的控制软件需要增加能够单独开关每一盏灯的按键，主微控制器需要增加把每一个按键对应到相应无线发射模块的程序。

高阶改造：智能灯光系统

商业化的智能家居解决方案中，智能灯光系统应该是个最基本的功能了：人来灯亮，人走灯灭，预设灯的开关时间，根据室内亮度自动调节灯光亮度等等。听起来很高级嘛，不过如果你已经按照前面的方法实现了用手机控制家中所有电灯，那么增加这些功能就都是小意思啦。

人来灯亮，人走灯灭：

我们将一个次微控制器，一个无线接收模块，一盏灯（或者几盏永远同时开关的灯）的组合称为一个“智能灯光节点”。只要让这个节点具备了感知人类存在的能力，不就能做到“人来灯亮，人走灯灭”了嘛。

那么，怎样才能让这个节点具备感知人类存在的能力呢？增加一个专门感知人类存在的“人类传感器”么？还真有。PIR（无源红外）传感器，就是非常合适的人类传感器。任何东西都会向外发出一定的红外线，温度高的物体放出的红外线就多，温度低的放出红外线就少。PIR传感器可以检测到它附近的红外线强度。当人类经过的时候，红外线强度会比没有人的时候高很多，所以PIR传感器就能够识别人类的存在。

所以，只要在灯光照射区域附近增加一个PIR传感器，并把它连接到“智能灯光节点”上，然后告诉微控制器：当PIR传感器感受到足够的红外线时，就打开灯光；当PIR传感器连续10分钟都没有感受到足够的红外线时，就关闭灯光。这样一来就实现了人来灯亮、人走灯灭。

预设灯的开关时间：

你很想按时起床，但遗憾的是你的耳朵已经发展出了完全过滤闹铃声的能力，隔壁邻居都被你的闹铃叫醒了你还没醒；或者你很想在睡前躺在床上看书，但又怕自己看着看着就睡着了，导致床头灯亮了一整晚……

那么你需要一个能够预先设定电灯开关时间的功能：在手机上和主控制器中分别加入一段程序，能够让主控制器根据手机的指令确定什么时候让哪个无线发射模块发出命令，打开或者关闭相应的灯就行了。这样一来，只要设定成晚上12点自动关灯，第二天早上8点自动开灯，就能既在睡前躺在床上舒服地看书，又不怕亮着一夜电灯浪费电，还能保证第二天按时起床上班，一举三得。

根据室内亮度自动调节灯光亮度：

想要让智能灯光系统根据室内的亮度自动调节灯光亮度，必须要先让它知道室内现在的亮度如何。最便宜的方法是使用光敏电阻。当射入电阻的光线增强时，电阻的阻值会增大（某些型号的光敏电阻会减小）；当光线减弱时，阻值会变小（或增大）。也就是说，这个阻值直接表示了灯光的强弱，所以只要让“智能灯光节点”的次微控制器保持测量这个光敏电阻的阻值，然后根据阻值的大小决定相应灯光的强弱就可以啦。

终极改造：全电器控制

除了电灯之外，你还想随意控制家里的其他电器，比如：电视机、空调、电热水器、饮水机、音响……等等，怎么办呢？其实，有了改造电灯的经验之后，这些都不算太难，只是在控制电灯的控制网络中加入一些新的“智能节点”，然后在手机控制端和各个控制器上增加相应的程序就行了。

基本的思路：

电热水器、饮水机的控制方法和电灯几乎完全一样，只要控制电路的通断就行。把它们当做两盏电灯来处理吧。

电视机和空调这种由遥控器控制的电器，改造起来稍微复杂一点：你需要用一个红外接管录下遥控器的信号，然后给一个智能节点加上红外发射管，让它能够根据手机的指令发射相应的遥控器信号即可。你也可以在遥控器上加装一个微控制器芯片，把遥控器变成一个智能节点，实现相同的功能。

音响的改造需求和前面的电器都不同：你想让音响直接播放手机上的音乐，怎么做？　最简单的方法是，改造一个蓝牙耳机，把这个耳机的音频输出线取出来，连接到音响上。同时，给音响加上一个“智能灯光节点”，让手机控制音响的电源的通断。这样一来，你在远离音响的地方用手机打开音响的电源，然后让“蓝牙耳机”播放音乐，就能听到音响里放出的音乐啦。为了远程控制音响的音量、环境音效等等，你还可以用改造电视遥控器的方法对音响遥控器进行改造。

不只是电器

你已经让所有的电器变得智能化，相互联系并能用手机控制，但你仍不满足，还想让窗户、窗帘、房门之类不是电器的东西能够自己打开或者关上，可以吗？当然可以，不过这些东西的改造除了为它们每一个配上一个智能节点之外，还必须增加电机或者气动推杆之类的动作元件，充当人类“手”的角色，对窗帘或者房门进行直接操作。这样的机械改造，就必须具体问题具体分析了。不过相信能够按照这篇文章一直做到这一步的同学，只要决心去做，就一定能够完成这种改造的！

同一个世界，同一个物联网

你刚打完一场篮球，想让家里的电热水器开始提前烧水；你在公司，晚上有人要到家里做客，你想知道家里的扫地机器人是否已经打扫完房间了；或者你总不记得家里的门锁了没，在出门后总想回去检查一下门的状态……物联网就是你的救星。

实际上，前面提到的“智能灯光系统”就是一个局域的物联网。而为了让你可以在离开家以后仍然对“智能之家”保持控制，你可以让家里的局域物联网连上因特网。这样你就能用任何能上网的设备来对家里的“电器”进行控制了（经过改造以后的电动窗帘也算是电器，对吧……）。

让家里的控制中心连上网络（需要一个Wifi模块或者以太网模块），为它建立一个网页。把所有的控制命令都存放在这个页面上，然后对这个页面的内容加设一个密码。这样一来，你只要在任何地方访问这个页面，就可以控制家中的一切电器啦。不过，如果你不介意家里的信息公布在网上的话，这件事情还有一个更拉风的做法：

以空调为例。

首先，跟刚才一样，让控制中心上网。

然后，给家里的空调注册一个微博账号，比如@天蓝提琴家的空调。

接着，写程序让控制中心在“@天蓝提琴家的空调”这个微博账号被别人@的时候，读取这个微博的内容，并转换成相应的指令，发给空调的遥控器（已经改造成智能节点了）。比如我发一条微博“@天蓝提琴家的空调　请把室温调到26度，谢谢”，空调就会设定目标温度为26度，并开始工作。

继续，写程序让空调的智能节点在某些事件发生的时候通知控制中心。比如当空调温度到达26度时，控制中心会收到一个消息。

最后，让控制中心在接到消息后，用空调的账号发一条微博通知我：@天蓝提琴　室温已达26度。

嗯。所以你家的空调在给你发微博了吗？

手机：和它的信号……们

（果壳中名：《为什么你的手机会突然没信号》，作者　Azucena；为推测）

你坐着火车出了城，打着电话聊着天儿，吃着火锅还唱着歌儿，突然手机就没信号了！面对突然掉线的电话，和这丝毫没有复苏迹象的信号格数，你先别忙着抓狂，让我们来搞清楚你是怎么把信号弄丢了的吧。

你坐着火车出了城，打着电话聊着天儿，吃着火锅还唱着歌儿，突然手机就没信号了！面对突然掉线的电话，和这丝毫没有复苏迹象的信号格数，你先别忙着抓狂，让我们来搞清楚你是怎么把信号弄丢了的吧。

信号争夺战

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若手机也有眼睛，那么在它看来，这个世界就是一张巨大的网格，其上分布着各个手机信号发射塔，有的很显眼，有的则藏的比较深。

这些发射塔都有一定的覆盖范围。这种范围一般呈圆形，在开阔的乡野地带，其半径可达几公里，而在城市则往往只有不到五百米。覆盖区域之间有时会有重叠，这样你无论走到哪里都不至于打不出电话。

你的手机会与周遭的发射塔保持联络，并实时判断哪些塔的信号足够强、可供通话使用。当你从一个区域走到另一个区域，前者的信号慢慢变弱，手机就会把通话任务交给后者。

几乎所有的3G网络都以CDMA（码分多址连接方式）来传输声音信号，在这种方式中，多个手机共享同一段无线电频率，彼