基于WiFi智能插座构成的智能家居
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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.
图1 SWM9001EU串口WiFi模块 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)。 |
