智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線技術、網(wǎng)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(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，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、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
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(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(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
智能家居中的無線通信技術主要有：
①紅外通信技術；
②433 MHz等小于1 GHz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(yōu)缺點，但不管采用哪種通信技術，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(wǎng)關進行轉換，例如采用ZigBee技術的智能家居系統(tǒng)，需要在家庭網(wǎng)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(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，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技術相比ZigBee和433 MHz射頻通信技術也有其缺點：功耗偏大、價格偏高。但隨著節(jié)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(wǎng)卡，是需要運行在操作系統(tǒng)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這樣的WiFi網(wǎng)卡的。
串口WiFi模塊，又稱為嵌入式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單片機和WiFi模塊構成，單片機要實現(xiàn)裸機驅動程序和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)權的WiFi芯片開發(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)等領域。模塊的機械尺寸為33 mm×20 mm×4.5 mm.
圖1 SWM9001EU串口WiFi模塊
2.2 SWM9001EU串口WiFi的功能和指標
(1)基本功能
①單操作電壓為3.3 V;
②工作電流<250 mA(節(jié)能模式下工作電流<25 mA);休眠電流<2 mA(Switch off WiFi power);
③CPU主頻為120MHz，內嵌Flash 256 KB，SRAM96 KB;
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115 200 bps。
(2)WiFi指標
①WLAN標準為IEEE802.11b/g，2.4 G ISM頻段;
②支持Ad-Hoc方式組建無線網(wǎng)絡;
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)內置TCP/IP協(xié)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(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸協(xié)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(shù)據(jù)傳輸鏈路穩(wěn)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
3.1 WiFi插座的應用場景和系統(tǒng)構成
這些功能使用WiFi智能插座就可以實現(xiàn)：
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(yōu)點：費用低廉，不需要家庭網(wǎng)關；安裝簡單，不需要破環(huán)現(xiàn)有裝飾；使用方便，可以隨意擴充插座的數(shù)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(tǒng)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(wǎng)絡和Internet網(wǎng)絡。
圖2 WiFi插座系統(tǒng)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(fā)給住宅中的WiFi插座；
⑥WiFi插座完成相應的通、斷動作。
3.2 WiFi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。
圖3 WiFi插座的構成
串口WiFi模塊根據(jù)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。
圖4 WiFi插座的繼電器控制電路
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(xiàn)智能家居中的其他功能，實現(xiàn)原理類似。例如，要實現(xiàn)遠程視頻監(jiān)控，只需將插座改為攝像頭并實現(xiàn)相應的軟件功能即可。
4基于WiFi技術的智能家居系統(tǒng)
基于WiFi技術的智能家居系統(tǒng)由WiFi智能節(jié)點、智能家居網(wǎng)關、無線路由器、遠程服務器、控制終端、3G通信網(wǎng)絡和Internet網(wǎng)絡組成，如圖5所示。
圖5基于WiFi的智能家居系統(tǒng)
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(tǒng)的費用很高，并且對于已經(jīng)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(wǎng)關，不需要破壞現(xiàn)有裝飾，就可以輕松實現(xiàn)對家用電器的智能化控制，自己動手實現(xiàn)基于WiFi技術的智能家居的構建，體驗科技帶來的便利。 |
