基于WiFi智能插座的智能家居設計

　　摘要：本文首先敘述了智能家居的基本概念以及分析了智能家居中的通信技術(shù)，分析了WiFi技術(shù)在智能家居中的應用優(yōu)勢。接著(zhù)討論了串口WiFi的功能，以WiFi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。

　　引言

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

　　最常實(shí)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(shù)

　　1.1 有線(xiàn)通信控制和無(wú)線(xiàn)通信控制的比較

　　智能家居中的通信技術(shù)可以分為有線(xiàn)通信技術(shù)和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。

　　(1)有線(xiàn)控制

　　有線(xiàn)控制的結構為將控制器放置于強電箱內，開(kāi)關(guān)和中控主機分別通過(guò)弱電控制線(xiàn)路進(jìn)行控制。有線(xiàn)控制采用有線(xiàn)通信技術(shù)。

　　有線(xiàn)控制的優(yōu)點(diǎn)：安全穩定，不受干擾;有線(xiàn)控制的缺點(diǎn)：方案沒(méi)計要求高，線(xiàn)路架設要求高，后期拓展改動(dòng)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)控制轉變而來(lái)，主要適用大面積的商用場(chǎng)所等有專(zhuān)人集中管理的場(chǎng)所，逐漸被無(wú)線(xiàn)通信所替代。

　　(2)無(wú)線(xiàn)控制

　　無(wú)線(xiàn)控制采用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)實(shí)現對設備的控制。無(wú)線(xiàn)控制的優(yōu)點(diǎn)：安裝和布線(xiàn)簡(jiǎn)單;無(wú)線(xiàn)控制的缺點(diǎn)：抗干擾性相比有線(xiàn)控制要差些，信號覆蓋受建筑物影響。

　　1.2 智能家居中的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)

　　智能家居中的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)主要有：

　?、偌t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(diǎn)，但不管采用哪種通信技術(shù)，如果要實(shí)現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(jìn)行轉換，例如采用ZigBee

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

　　WiFi技術(shù)在智能家居中的應用的主要優(yōu)點(diǎn)有：WiFi智能節點(diǎn)可以直接連接無(wú)線(xiàn)路由器，從而接入Internet網(wǎng);不需要家庭網(wǎng)關(guān)，節點(diǎn)可以任意擴充;不會(huì )破壞現有裝修;智能手機可以進(jìn)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(diǎn)：功耗偏大、價(jià)格偏高。但隨著(zhù)節能技術(shù)的引進(jìn)和芯片工藝的改進(jìn)，功耗問(wèn)題和價(jià)格問(wèn)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(huì )逐步得到推廣和應用，市場(chǎng)前景廣闊。

　　下面重點(diǎn)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的基礎上，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動(dòng)這樣的WiFi網(wǎng)卡的。

　　串口WiFi模塊，又稱(chēng)為嵌入式WiFi模塊，是內嵌TCP/IP協(xié)議的WiFi模塊。其硬件構成主要是由內嵌的一個(gè)單片機和WiFi模塊構成，單片機要實(shí)現裸機驅動(dòng)程序和TCP/IP協(xié)議，WiFi模塊則必須完成數據的無(wú)線(xiàn)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(guò)串口或者SPI接口和單片機連接，讓設備輕松接入Internet網(wǎng)絡(luò )。

　　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)權的WiFi芯片開(kāi)發(fā)的SWM9001EU串口WiFi模塊，該模塊內部集成了TCP/IP協(xié)議棧和WiFi模塊，用戶(hù)可以輕松實(shí)現串口設備的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )功能，節省開(kāi)發(fā)時(shí)間，使產(chǎn)品更快地投入市場(chǎng)，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(wú)線(xiàn)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置WEB配置服務(wù)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò );

　?、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(kāi)后自動(dòng)恢復;

　?、菽K從復位到建立WiFi網(wǎng)絡(luò )的時(shí)間小于5 s(WEP加密方式)或10 s(WPA加密方式)。

　　(3)內置TCP/IP協(xié)議

　?、僦С諨NS域名解析服務(wù);

　?、谥С諨HCP自動(dòng)獲取IP地址，Ad-Hoc模式下自動(dòng)開(kāi)啟DHCP服務(wù)器功能;

　?、壑С志W(wǎng)絡(luò )數據傳輸協(xié)議TCP、UDP;

　?、苤С諸CP服務(wù)器模式或者客戶(hù)端模式;

　?、葑鳛門(mén)CP客戶(hù)端時(shí)，具有TCP斷線(xiàn)自動(dòng)重連機制，保證數據傳輸鏈路穩定可靠;

　?、拮鳛門(mén)CP服務(wù)器時(shí)，允許最多8個(gè)客戶(hù)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(gè)具體實(shí)例進(jìn)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(chǎng)景和系統構成

　　這些功能使用WiFi智能插座就可以實(shí)現：

　?、倩丶抑跋却蜷_(kāi)空調，回到家就可以享受清涼;

　?、诨丶抑跋却蜷_(kāi)熱水器，回家就可以洗個(gè)熱水澡;