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基于WiFi技術的智能家居系統

來源:網絡

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所屬頻道:新聞中心

關鍵詞: WiFi,智能家居

      智能家居是以住宅為平臺,利用綜合布線技術、網絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設施集成,構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統,提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性,并實現環保節能的居住環境。

      最常實現的應用是燈光、熱水器、空調、入侵監測、煙霧報警、視頻監控和窗簾的智能控制。

      1、智能家居中的通信技術

      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可以分為有線通信技術和無線通信技術。

      (1)有線控制

      有線控制的結構為將控制器放置于強電箱內,開關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。

      有線控制的優點:安全穩定,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展初期使用較多,是從工業控制轉變而來,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實現對設備的控制。無線控制的優點: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

      智能家居中的無線通信技術主要有:

      ①紅外通信技術;

      ②433MHz等小于1GHz的射頻技術;

      ③藍牙技術;

      ④ZigBee通信技術;

      ⑤Z—Wave技術;

      ⑥WiFi技術。

      每種技術都有其優缺點,但不管采用哪種通信技術,如果要實現對家居設備的遠程控制,設備都需要接入Internet網。而WiFi通信技術是手持終端接入Internet的主流技術,采用WiFi技術之外的其他通信技術的設備要接入Internet都需要家庭網關進行轉換,例如采用ZigBee

      技術的智能家居系統,需要在家庭網關中增加ZigBee轉WiFi的功能。

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

      當然,WiFi技術相比ZigBee和433MHz射頻通信技術也有其缺點:功耗偏大、價格偏高。但隨著節能技術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網卡,是需要運行在操作系統的基礎上,對主機的硬件資源要求很高,像一般的工業設備和家庭電器設備是不能直接驅動這樣的WiFi網卡的。

      串口WiFi模塊,又稱為嵌入式WiFi模塊,是內嵌TCP/IP協議的WiFi模塊。其硬件構成主要是由內嵌的一個單片機和WiFi模塊構成,單片機要實現裸機驅動程序和TCP/IP協議,WiFi模塊則必須完成數據的無線收發。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權的WiFi芯片開發的SWM9001EU串口WiFi模塊,該模塊內部集成了TCP/IP協議棧和WiFi模塊,用戶可以輕松實現串口設備的無線網絡功能,節省開發時間,使產品更快地投入市場,增強競爭力。該模塊可以廣泛應用于油田、礦山、工業、智能家居以及物聯網等領域。模塊的機械尺寸為33mm×20mm×4.5mm。

      2.2SWM9001EU串口WiFi的功能和指標

    基于WiFi技術的智能家居系統

      一種由WiFi智能插座構成的智能家居

      (1)基本功能

      ①單操作電壓為3.3V;

      ②工作電流<250mA(節能模式下工作電流<25mA);休眠電流<2mA(SwitchoffWiFipower);

      ③CPU主頻為120MHz,內嵌Flash256KB,SRAM96KB;

      ④兩種工作模式為命令控制模式和透明傳輸模式;

      ⑤完整的WiFi無線通信解決方案,全面降低應用處理器的資源需求;

      ⑥多種配置方式包括模塊內置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;

      ⑦串口波特率最大為115200bps。

      (2)WiFi指標

      ①WLAN標準為IEEE802.11b/g,2.4GISM頻段;

      ②支持Ad-Hoc方式組建無線網絡;

      ③支持WEP40和WEP104加密(64/128位),支持WPA/WPA2PSK加密,加密算法支持AES和TKIP;

      ④WiFi連接斷開后自動恢復;

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

      (3)內置TCP/IP協議

      ①支持DNS域名解析服務;

      ②支持DHCP自動獲取IP地址,Ad-Hoc模式下自動開啟DHCP服務器功能;

      ③支持網絡數據傳輸協議TCP、UDP;

      ④支持TCP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,保證數據傳輸鏈路穩定可靠;

      ⑥作為TCP服務器時,允許最多8個客戶端的連接;

      ⑦支持UDP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

      3.1WiFi插座的應用場景和系統構成

      這些功能使用WiFi智能插座就可以實現:

      ①回家之前先打開空調,回到家就可以享受清涼;

      ②回家之前先打開熱水器,回家就可以洗個熱水澡;

      ③回家之前先啟動咖啡機,回家可以即刻喝上新鮮出爐的咖啡。

      WiFi插座的優點:費用低廉,不需要家庭網關;安裝簡單,不需要破環現有裝飾;使用方便,可以隨意擴充插座的數量;控制靈活,可以用智能手機進行遠程控制。

      圖2是WiFi插座的應用系統構成,包括WiFi插座、無線路由器、遠程服務器、手機控制終端、手機接入網絡和Internet網絡。

    基于WiFi技術的智能家居系統

      WiFi插座的應用系統構成

      結合圖2來看看WiFi插座的工作原理:

      ①通過手機端的配置程序,配置模塊要連接的路由器的名稱(SSID)和密鑰;

      ②通過手機端的配置程序,配置模塊要連接遠程服務器的IP地址;

      ③配置模塊上電連接遠程服務器;

      ④手機等控制終端連接遠程服務器,下達命令;

      ⑤遠程服務器將用戶指令下發給住宅中的WiFi插座;

      ⑥WiFi插座完成相應的通、斷動作。

      3.2WiFi插座的控制原理

      WiFi插座由串口WiFi模塊、繼電器控制電路、繼電器和輸出觸點構成,如圖3所示。

    基于WiFi技術的智能家居系統

      圖3

      串口WiFi模塊根據接收到的控制指令控制繼電器的通斷,控制電路如圖4所示。

    基于WiFi技術的智能家居系統

      圖4

      模塊收到合上指令,PC8端口輸出高電平,Q1導通,繼電器的線圈有電流流過,繼電器的觸點L_IN和觸點L_OUT吸合,插座供電給負載;

      模塊收到斷開指令,PC8端口輸出低電平,Q1截止,繼電器的線圈沒有電流,繼電器的觸點L_IN和觸點L_OUT斷開,插座斷電。

      以上只是以WiFi插座為例,敘述基于WiFi技術的智能家居,如果要實現智能家居中的其他功能,實現原理類似。例如,要實現遠程視頻監控,只需將插座改為攝像頭并實現相應的軟件功能即可。

      4、基于WiFi技術的智能家居系統

      基于WiFi技術的智能家居系統由WiFi智能節點、智能家居網關、無線路由器、遠程服務器、控制終端、3G通信網絡和Internet網絡組成,如圖5所示。

    基于WiFi技術的智能家居系統

      圖5

      結語

      隨著人們生活質量的提高,智能家居的概念會越來越深入人心,而采用全套的智能家居系統的費用很高,并且對于已經交付使用的住宅來說,改造起來還很麻煩。利用WiFi智能插座,不需要家庭網關,不需要破壞現有裝飾,就可以輕松實現對家用電器的智能化控制,自己動手實現基于WiFi技術的智能家居的構建,體驗科技帶來的便利。

     

    (審核編輯: 小王子)

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