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基于WiFi智能插座的智能家居設計

作者: 時間:2014-07-09 來源: 收藏

  摘要:本文首先敘述了的基本概念以及分析了中的通信技術(shù),分析了技術(shù)在中的應用優(yōu)勢。接著討論了串口的功能,以插座為例,描述了串口WiFi在智能家居中的具體應用。最后敘述了基于WiFi技術(shù)的智能家居系統(tǒng)。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/249453.htm

  引言

  智能家居是以住宅為平臺,利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設施集成,構(gòu)建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統(tǒng),提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性,并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。

  最常實現(xiàn)的應用是燈光、熱水器、空調(diào)、入侵監(jiān)測、煙霧報警、視頻監(jiān)控和窗簾的智能控制。

  1 智能家居中的通信技術(shù)

  1.1 有線通信控制和無線通信控制的比較

  智能家居中的通信技術(shù)可以分為有線通信技術(shù)和無線通信技術(shù)。

  (1)有線控制

  有線控制的結(jié)構(gòu)為將控制器放置于強電箱內(nèi),開關(guān)和中控主機分別通過弱電控制線路進行控制。有線控制采用有線通信技術(shù)。

  有線控制的優(yōu)點:安全穩(wěn)定,不受干擾;有線控制的缺點:方案沒計要求高,線路架設要求高,后期拓展改動困難。這種方式在智能家居發(fā)展初期使用較多,是從工業(yè)控制轉(zhuǎn)變而來,主要適用大面積的商用場所等有專人集中管理的場所,逐漸被無線通信所替代。

  (2)無線控制

  無線控制采用無線通信技術(shù)實現(xiàn)對設備的控制。無線控制的優(yōu)點:安裝和布線簡單;無線控制的缺點:抗干擾性相比有線控制要差些,信號覆蓋受建筑物影響。

  1.2 智能家居中的無線通信技術(shù)

  智能家居中的無線通信技術(shù)主要有:

  ①紅外通信技術(shù);

 ?、?33 MHz等小于1 GHz的射頻技術(shù);

 ?、鬯{牙技術(shù);

 ?、躗igBee通信技術(shù);

 ?、軿—Wave技術(shù);

 ?、轜iFi技術(shù)。

  每種技術(shù)都有其優(yōu)缺點,但不管采用哪種通信技術(shù),如果要實現(xiàn)對家居設備的遠程控制,設備都需要接入Internet網(wǎng)。而WiFi通信技術(shù)是手持終端接入Internet的主流技術(shù),采用WiFi技術(shù)之外的其他通信技術(shù)的設備要接入Internet都需要家庭網(wǎng)關(guān)進行轉(zhuǎn)換,例如采用ZigBee

  技術(shù)的智能家居系統(tǒng),需要在家庭網(wǎng)關(guān)中增加ZigBee轉(zhuǎn)WiFi的功能。

  WiFi技術(shù)在智能家居中的應用的主要優(yōu)點有:WiFi智能節(jié)點可以直接連接無線路由器,從而接入Internet網(wǎng);不需要家庭網(wǎng)關(guān),節(jié)點可以任意擴充;不會破壞現(xiàn)有裝修;智能手機可以進行局域網(wǎng)控制和遠程控制。

  當然,WiFi技術(shù)相比ZigBee和433 MHz射頻通信技術(shù)也有其缺點:功耗偏大、價格偏高。但隨著節(jié)能技術(shù)的引進和芯片工藝的改進,功耗問題和價格問題已逐步得到解決。鑒于WiFi模塊是筆記本、平板電腦和智能手機的標準配置,基于WiFi技術(shù)的智能家居會逐步得到推廣和應用,市場前景廣闊。

  下面重點圍繞串口WiFi模塊闡述WiFi在智能家居中的應用。

  2 應用于智能家居中的串口WiFi

  2.1 串口WiFi概述

  電腦上使用的WiFi模塊或是WiFi網(wǎng)卡,是需要運行在操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,對主機的硬件資源要求很高,像一般的工業(yè)設備和家庭電器設備是不能直接驅(qū)動這樣的WiFi網(wǎng)卡的。

  串口WiFi模塊,又稱為嵌入式WiFi模塊,是內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議的WiFi模塊。其硬件構(gòu)成主要是由內(nèi)嵌的一個單片機和WiFi模塊構(gòu)成,單片機要實現(xiàn)裸機驅(qū)動程序和TCP/IP協(xié)議,WiFi模塊則必須完成數(shù)據(jù)的無線收發(fā)。嵌入式WiFi模塊對外提供UART串口或者SPI接口,因而可以通過串口或者SPI接口和單片機連接,讓設備輕松接入Internet網(wǎng)絡。

  圖1是靈芯微電子科技(蘇州)有限公司利用公司自主知識產(chǎn)權(quán)的WiFi芯片開發(fā)的SWM9001EU串口WiFi模塊,該模塊內(nèi)部集成了TCP/IP協(xié)議棧和WiFi模塊,用戶可以輕松實現(xiàn)串口設備的無線網(wǎng)絡功能,節(jié)省開發(fā)時間,使產(chǎn)品更快地投入市場,增強競爭力。該模塊可以廣泛應用于油田、礦山、工業(yè)、智能家居以及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。模塊的機械尺寸為33 mm×20 mm×4.5 mm。

  

 

  2.2 SWM9001EU串口WiFi的功能和指標

  (1)基本功能

 ?、賳尾僮麟妷簽?.3 V;

 ?、诠ぷ麟娏?lt;250 mA(節(jié)能模式下工作電流<25 mA);休眠電流<2 mA(Switch off WiFi power);

 ?、跜PU主頻為120MHz,內(nèi)嵌Flash 256 KB,SRAM96 KB;

 ?、軆煞N工作模式為命令控制模式和透明傳輸模式;

 ?、萃暾腤iFi無線通信解決方案,全面降低應用處理器的資源需求;

 ?、薅喾N配置方式包括模塊內(nèi)置WEB配置服務器、PC端配置軟件配置或SCI_AT+命令配置及手機配置;

 ?、叽诓ㄌ芈首畲鬄?15 200 bps。

  (2)WiFi指標

 ?、賅LAN標準為IEEE802.11b/g,2.4 G ISM頻段;

 ?、谥С諥d-Hoc方式組建無線網(wǎng)絡;

 ?、壑С諻EP40和WEP104加密(64/128位),支持WPA/WPA2 PSK加密,加密算法支持AES和TKIP;

 ?、躓iFi連接斷開后自動恢復;

  ⑤模塊從復位到建立WiFi網(wǎng)絡的時間小于5 s(WEP加密方式)或10 s(WPA加密方式)。

  (3)內(nèi)置TCP/IP協(xié)議

  ①支持DNS域名解析服務;

 ?、谥С諨HCP自動獲取IP地址,Ad-Hoc模式下自動開啟DHCP服務器功能;

 ?、壑С志W(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議TCP、UDP;

 ?、苤С諸CP服務器模式或者客戶端模式;

  ⑤作為TCP客戶端時,具有TCP斷線自動重連機制,保證數(shù)據(jù)傳輸鏈路穩(wěn)定可靠;

 ?、拮鳛門CP服務器時,允許最多8個客戶端的連接;

 ?、咧С諹DP廣播或單播。

  下面以WiFi插座作為串口WiFi模塊的一個具體實例進行描述。

  3 WiFi插座在智能家居中的應用

  3.1 WiFi插座的應用場景和系統(tǒng)構(gòu)成

  這些功能使用WiFi就可以實現(xiàn):

 ?、倩丶抑跋却蜷_空調(diào),回到家就可以享受清涼;

 ?、诨丶抑跋却蜷_熱水器,回家就可以洗個熱水澡;

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