基于WiFi技术的智能家居系统
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基于WiFi技术的智能家居系统
　　摘要：本文首先叙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术，分析了WiFi技术在智能家居中的应用优势。接着讨论了串口WiFi的功能，以WiFi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：
　　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;
　　②433MHz等小于1GHz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433MHz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33mm&20mm&4.5mm。
　　2.2SWM9001EU串口WiFi的功能和指标
　　一种由WiFi智能插座构成的智能家居
　　(1)基本功能
　　①单操作电压为3.3V;
　　②工作电流&250mA(节能模式下工作电流&25mA);休眠电流&2mA(SwitchoffWiFipower);
　　③CPU主频为120MHz，内嵌Flash256KB，SRAM96KB;
　　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115200bps。
　　(2)WiFi指标
　　①WLAN标准为IEEE802.11b/g，2.4GISM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/WPA2PSK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5s(WEP加密方式)或10s(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。
　　3WiFi插座在智能家居中的应用
　　3.1WiFi插座的应用场景和系统构成
　　这些功能使用WiFi智能插座就可以实现：
　　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;
　　③回家之前先启动咖啡机，回家可以即刻喝上新鲜出炉的咖啡。
　　WiFi插座的优点：费用低廉，不需要家庭网关;安装简单，不需要破环现有装饰;使用方便，可以随意扩充插座的数量;控制灵活，可以用智能手机进行远程控制。
　　图2是WiFi插座的应用系统构成，包括WiFi插座、无线路由器、远程服务器、手机控制终端、手机接入网络和Internet网络。
　　WiFi插座的应用系统构成
　　结合图2来看看WiFi插座的工作原理：
　　①通过手机端的配置程序，配置模块要连接的路由器的名称(SSID)和密钥;
　　②通过手机端的配置程序，配置模块要连接远程服务器的IP地址;
　　③配置模块上电连接远程服务器;
　　④手机等控制终端连接远程服务器，下达命令;
　　⑤远程服务器将用户指令下发给住宅中的WiFi插座;
　　⑥WiFi插座完成相应的通、断动作。
　　3.2WiFi插座的控制原理
　　WiFi插座由串口WiFi模块、继电器控制电路、继电器和输出触点构成，如图3所示。
　　串口WiFi模块根据接收到的控制指令控制继电器的通断，控制电路如图4所示。
　　模块收到合上指令，PC8端口输出高电平，Q1导通，继电器的线圈有电流流过，继电器的触点L_IN和触点L_OUT吸合，插座供电给负载;
　　模块收到断开指令，PC8端口输出低电平，Q1截止，继电器的线圈没有电流，继电器的触点L_IN和触点L_OUT断开，插座断电。
　　以上只是以WiFi插座为例，叙述基于WiFi技术的智能家居，如果要实现智能家居中的其他功能，实现原理类似。例如，要实现远程视频监控，只需将插座改为摄像头并实现相应的软件功能即可。
　　4基于WiFi技术的智能家居系统
　　基于WiFi技术的智能家居系统由WiFi智能节点、智能家居网关、无线路由器、远程服务器、控制终端、3G通信网络和Internet网络组成，如图5所示。
　　随着人们生活质量的提高，智能家居的概念会越来越深入人心，而采用全套的智能家居系统的费用很高，并且对于已经交付使用的住宅来说，改造起来还很麻烦。利用WiFi智能插座，不需要家庭网关，不需要破坏现有装饰，就可以轻松实现对家用电器的智能化控制，自己动手实现基于WiFi技术的智能家居的构建，体验科技带来的便利。
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基于ARM的智能探测小车的设计与实现
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基于ARM的智能小车控制软件系统的设计与实现
如今在汽车的行驶过程中，驾驶员对汽车的控制起主要作用，但是驾驶员在驾驶汽车的过程中可能受到自身和外界的干扰，驾驶安全有很多的不确定性。智能小车具有很多当前汽车没有的优势。随着企业生产技术的不断提高以及对自动化技术要求的不断加深，智能车辆将在许多工业部门获得广泛的应用。由于成本低廉，又可以帮助人们完成许多工作，智能车辆已逐步深入到工业和社会的各个层面。汽车智能化是未来汽车发展的一个必然趋势。　　本文以ARM9处理器和Linux操作系统为基础构建了智能小车控制平台的软硬件系统。其中，控制系统的核心采用三星公司生产的S3C2440处理器。结合相关接口芯片和传感器设计电路，绘制PCB板，继而设计出相关的硬件和软件。智能小车在运行的过程中，接受红外传感器、测温传感器和其它传感器传回的信号并处理，然后驱动电机运动、停止和变向。　　课题的主要研究内容有：　　论述了智能小车的实际应用价值和科学研究意义，并对智能小车的体系结构进行了详细的描述，提出了基于ARM和Linux的智能小车控制系统。　　设计了智能小车的硬件部分。首先将智能小车的硬件分成相对独立的几个部分，然后通过资料查找和自主研发，设计了控制电路、电源电路、RS232通信和传感器电路。同时，根据已有的资料，设计了USB端口、LED灯电路。因为核心板设计复杂，所以直接购买核心板模块。　　设计了智能小车的软件部分。首先构建了智能小车的软件环境。然后编写了相关的驱动到linux操作系统中，并烧写linux内核到ARM中,同时根据设计思路，绘制出软件的流程图。最后根据流程图编写控制软件并进行调试。　　设计了相关数据传送格式和通信协议。论述了红外寻迹过程中的误差检测分析，图像采集处理过程中的相关算法以及温度采集测试中的环境温度补偿等问题的解决策略。最后给出了智能小车的整体性能测试结果。测试结果表明研发的智能小车各项性能指标均符合设计要求。
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