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基于WiFi智能插座的智能家居设计

作者:时间:2014-07-09来源:

  摘要:本文首先叙述了的基本概念以及分析了中的通信技术,分析了技术在中的应用优势。接着讨论了串口的功能,以插座为例,描述了串口WiFi在智能家居中的具体应用。最后叙述了基于WiFi技术的智能家居系统。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/249453.htm

  引言

  智能家居是以住宅为平台,利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成,构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统,提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性,并实现环保节能的居住环境。

  最常实现的应用是灯光、热水器、空调、入侵监测、烟雾报警、视频监控和窗帘的智能控制。

  1 智能家居中的通信技术

  1.1 有线通信控制和无线通信控制的比较

  智能家居中的通信技术可以分为有线通信技术和无线通信技术。

  (1)有线控制

  有线控制的结构为将控制器放置于强电箱内,开关和中控主机分别通过弱电控制线路进行控制。有线控制采用有线通信技术。

  有线控制的优点:安全稳定,不受干扰;有线控制的缺点:方案没计要求高,线路架设要求高,后期拓展改动困难。这种方式在智能家居发展初期使用较多,是从工业控制转变而来,主要适用大面积的商用场所等有专人集中管理的场所,逐渐被无线通信所替代。

  (2)无线控制

  无线控制采用无线通信技术实现对设备的控制。无线控制的优点:安装和布线简单;无线控制的缺点:抗干扰性相比有线控制要差些,信号覆盖受建筑物影响。

  1.2 智能家居中的无线通信技术

  智能家居中的无线通信技术主要有:

  ①红外通信技术;

  ②433 MHz等小于1 GHz的射频技术;

  ③蓝牙技术;

  ④ZigBee通信技术;

  ⑤Z—Wave技术;

  ⑥WiFi技术。

  每种技术都有其优缺点,但不管采用哪种通信技术,如果要实现对家居设备的远程控制,设备都需要接入Internet网。而WiFi通信技术是手持终端接入Internet的主流技术,采用WiFi技术之外的其他通信技术的设备要接入Internet都需要家庭网关进行转换,例如采用ZigBee

  技术的智能家居系统,需要在家庭网关中增加ZigBee转WiFi的功能。

  WiFi技术在智能家居中的应用的主要优点有:WiFi智能节点可以直接连接无线路由器,从而接入Internet网;不需要家庭网关,节点可以任意扩充;不会破坏现有装修;智能手机可以进行局域网控制和远程控制。

  当然,WiFi技术相比ZigBee和433 MHz射频通信技术也有其缺点:功耗偏大、价格偏高。但随着节能技术的引进和芯片工艺的改进,功耗问题和价格问题已逐步得到解决。鉴于WiFi模块是笔记本、平板电脑和智能手机的标准配置,基于WiFi技术的智能家居会逐步得到推广和应用,市场前景广阔。

  下面重点围绕串口WiFi模块阐述WiFi在智能家居中的应用。

  2 应用于智能家居中的串口WiFi

  2.1 串口WiFi概述

  电脑上使用的WiFi模块或是WiFi网卡,是需要运行在操作系统的基础上,对主机的硬件资源要求很高,像一般的工业设备和家庭电器设备是不能直接驱动这样的WiFi网卡的。

  串口WiFi模块,又称为嵌入式WiFi模块,是内嵌TCP/IP协议的WiFi模块。其硬件构成主要是由内嵌的一个单片机和WiFi模块构成,单片机要实现裸机驱动程序和TCP/IP协议,WiFi模块则必须完成数据的无线收发。嵌入式WiFi模块对外提供UART串口或者SPI接口,因而可以通过串口或者SPI接口和单片机连接,让设备轻松接入Internet网络。

  图1是灵芯微电子科技(苏州)有限公司利用公司自主知识产权的WiFi芯片开发的SWM9001EU串口WiFi模块,该模块内部集成了TCP/IP协议栈和WiFi模块,用户可以轻松实现串口设备的无线网络功能,节省开发时间,使产品更快地投入市场,增强竞争力。该模块可以广泛应用于油田、矿山、工业、智能家居以及物联网等领域。模块的机械尺寸为33 mm×20 mm×4.5 mm。

  

 

  2.2 SWM9001EU串口WiFi的功能和指标

  (1)基本功能

  ①单操作电压为3.3 V;

  ②工作电流<250 mA(节能模式下工作电流<25 mA);休眠电流<2 mA(Switch off WiFi power);

  ③CPU主频为120MHz,内嵌Flash 256 KB,SRAM96 KB;

  ④两种工作模式为命令控制模式和透明传输模式;

  ⑤完整的WiFi无线通信解决方案,全面降低应用处理器的资源需求;

  ⑥多种配置方式包括模块内置WEB配置服务器、PC端配置软件配置或SCI_AT+命令配置及手机配置;

  ⑦串口波特率最大为115 200 bps。

  (2)WiFi指标

  ①WLAN标准为IEEE802.11b/g,2.4 G ISM频段;

  ②支持Ad-Hoc方式组建无线网络;

  ③支持WEP40和WEP104加密(64/128位),支持WPA/WPA2 PSK加密,加密算法支持AES和TKIP;

  ④WiFi连接断开后自动恢复;

  ⑤模块从复位到建立WiFi网络的时间小于5 s(WEP加密方式)或10 s(WPA加密方式)。

  (3)内置TCP/IP协议

  ①支持DNS域名解析服务;

  ②支持DHCP自动获取IP地址,Ad-Hoc模式下自动开启DHCP服务器功能;

  ③支持网络数据传输协议TCP、UDP;

  ④支持TCP服务器模式或者客户端模式;

  ⑤作为TCP客户端时,具有TCP断线自动重连机制,保证数据传输链路稳定可靠;

  ⑥作为TCP服务器时,允许最多8个客户端的连接;

  ⑦支持UDP广播或单播。

  下面以WiFi插座作为串口WiFi模块的一个具体实例进行描述。

  3 WiFi插座在智能家居中的应用

  3.1 WiFi插座的应用场景和系统构成

  这些功能使用WiFi就可以实现:

  ①回家之前先打开空调,回到家就可以享受清凉;

  ②回家之前先打开热水器,回家就可以洗个热水澡;

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