淺析基于WiFi 的智能家居系統(tǒng)

【文章摘要】

本文首先敘述了智能家居的發(fā)展和智能家居的相關(guān)概念，并分析了無線通信技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用。接著敘述了WiFi 技術(shù)的概念，WiFi 技術(shù)的特點及性能等，最后分析了基于WiFi 技術(shù)的智能家居系統(tǒng)和工作原理，并分析了基于WiFi 插座的智能家居系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】

WiFi ；WiFi 插座；智能家居系統(tǒng)

1 無線通信控制在智能家居中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的智能家居一般是通過有線方式對家庭設(shè)備進行布線，實現(xiàn)控制和相互通信的。有線通信控制系統(tǒng)布線繁瑣，成本高，系統(tǒng)的可擴展性差。

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，利用無線通信技術(shù)對家庭設(shè)備進行控制，已成為實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的理想選擇。無線通信控制具有安裝和布線簡單的優(yōu)勢，基于無線通信技術(shù)實現(xiàn)對家庭設(shè)備控制的智能家居系統(tǒng)可以避免破壞已有的裝修、減少室內(nèi)各種布線，可以更好的滿足人們對智能化生活的需求。

目前，在智能家居中應(yīng)用的無線通信技術(shù)主要包括：紅外通信技術(shù)、小于1 GHz 的無線射頻技術(shù)（如315MHz、433MHz）、Blue-tooth 技術(shù)、ZigBee 通信技術(shù)、WiFi 技術(shù)、EnOcean 技術(shù)、Insteon 技術(shù)、Z— Wave 技術(shù)等。其中無線射頻技術(shù)已經(jīng)很成熟，其成本低廉、穿透性較好，但抗干擾性差、安全性差，且目前絕大部分應(yīng)用只能單向通訊。紅外技術(shù)也比較成熟，但必須直線視距連接，限制太大，并不適合智能家居的發(fā)展。藍牙技術(shù)屬于IEEE802.15 協(xié)議，適合于語音業(yè)務(wù)及需要更高數(shù)據(jù)量的業(yè)務(wù)，如移動電話、耳機等等。ZigBee 技術(shù)也屬于IEEE802.15 協(xié)議，在一定范圍內(nèi)與藍牙技術(shù)有重疊，但ZigBee 的數(shù)據(jù)傳輸功耗低、成本低使得它更適合于在智能家居系統(tǒng)中使用。EnOcean 技術(shù)無需電池，功耗最低，傳輸距離最遠。 Insteon 是一種復(fù)雜度低、功耗低、數(shù)據(jù)傳輸速率低、成本低的雙向混合通信技術(shù)，其工作在131.65kHz 的電力線和904MHz 的ISM 頻段上。 Z-Wave 是Z-Wave 聯(lián)盟推出的一種基于射頻的、低成本、低功耗、適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的高可靠性的無線通信技術(shù)，其工作頻段為908MHz ISM 頻帶，其著力于窄帶寬應(yīng)用。 但面對“云”計算全面引入的今天，以上技術(shù)就難以滿足要求了，WiFi 技術(shù)因其低成本、最易與互聯(lián)網(wǎng)連接成為了智能家居界的寵兒。

2 基于WiFi 技術(shù)的智能家居系統(tǒng)

WiFi(Wireless Fidelity) 是IEEE（美國電子和電氣工程師協(xié)會）802.11b 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范，是IEEE802.11 網(wǎng)絡(luò)規(guī)范的變種， 最高帶寬為11Mbps，在信號較弱或有干擾的情況下，帶寬可調(diào)整為5.5Mbps、2Mbps 和1Mbps，能夠自動調(diào)整的帶寬有效地保障了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。WiFi 的優(yōu)點是傳輸速度快，兼容性強，有效距離長， 在開放性區(qū)域，通訊距離可達305 米，在封閉性區(qū)域，通訊距離為76 米到122 米， 方便與現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)絡(luò)整合，組網(wǎng)的成本更低。

WiFi 通信技術(shù)可以將家居設(shè)備以無線方式接入寬帶互聯(lián)網(wǎng)，幫助用戶實現(xiàn)WWW、上傳、下載、E-mail、Web 和遠程登錄等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。尤其對于手持終端（如PAD、筆記本、手機等）等接入更是一種主流技術(shù)。

基于WiFi 的智能家居系統(tǒng)由WiFi 家庭局域網(wǎng)、家庭網(wǎng)關(guān)、Internet 網(wǎng)絡(luò)、無線路由器、手機接入網(wǎng)絡(luò)（2G/3G/4G 等) 和無線控制終端等組成，如圖1 所示。

家庭網(wǎng)關(guān)具備Internet 網(wǎng)絡(luò)接入功能，家庭局域網(wǎng)與TCP/IP 協(xié)議間的轉(zhuǎn)換， 家庭局域網(wǎng)中各種不同通信協(xié)議之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，運行各種智能家電管理軟件等功能。

具體工作原理：WiFi 家庭局域網(wǎng)由若干個無線智能子節(jié)點組成，每個智能子節(jié)點上都包含一個無線WiFi 接收模塊， 家庭網(wǎng)關(guān)上有一個無線WiFi 發(fā)射模塊。通過這些無線WiFi 接收與發(fā)送模塊，一方面，家庭網(wǎng)關(guān)與無家庭局域網(wǎng)中各個子節(jié)點的進行通信，實現(xiàn)對智能家居中各子節(jié)點的控制；另一方面，家庭網(wǎng)關(guān)與Internet 網(wǎng)絡(luò)的相互通信，進行數(shù)據(jù)傳輸， 實現(xiàn)Internet 網(wǎng)對家庭網(wǎng)關(guān)的控制。最終通過家庭網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)家庭局域網(wǎng)與Internet 網(wǎng)絡(luò)的相互通信，從而實現(xiàn)對各智能子節(jié)點的遠程控制。

3 基于WiFi 插座的智能家居系統(tǒng)

WiFi 插座具備普通WiFi 模塊的基本功能，進行數(shù)據(jù)的無線接收與發(fā)送，實現(xiàn)節(jié)點間的相互通信以及節(jié)點與Internet 網(wǎng)絡(luò)相互通信，同時，WiFi 插座利用內(nèi)嵌的單片機，使得普通的家用電器設(shè)備和工業(yè)設(shè)備不需要運行在操作系統(tǒng)，而實現(xiàn)裸機驅(qū)動；同時，WiFi 模塊可以運行各種智能家電管理軟件；最后，WiFi 插座還內(nèi)嵌了TCP/IP 協(xié)議，具備了家庭網(wǎng)關(guān)的Internet 網(wǎng)絡(luò)接入功能，家庭局域網(wǎng)與TCP/IP 協(xié)議間的轉(zhuǎn)換，家庭局域網(wǎng)中各種不同通信協(xié)議之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換等功能，從而使得接入WiFi 插座的智能家居不需要家庭網(wǎng)關(guān)而正常運行。此外，家里的一些老式非智能電器與WiFi 插座相連，可以通過智能終端為插座添加定時開關(guān)指令、定時指令等，設(shè)定好相應(yīng)指令后，插座可以進行指令儲存，使得老式非智能電器轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄茈娖鳌?span>

具有WiFi 插座的智能家居應(yīng)用系統(tǒng)由WiFi 插座、無線路由器、Internet 網(wǎng)絡(luò)、手機接入網(wǎng)絡(luò)（2G/3G/4G 等) 和無線控制終端等組成，如圖2 所示。

圖2 基于WiFi 插座的智能家居系統(tǒng)

具有WiFi 插座的智能家居應(yīng)用系統(tǒng)即插即用，安裝使用簡單方便，可以直接插在已裝修好房屋的插座上，進行插座的隨意擴充，實現(xiàn)家庭局域網(wǎng)的隨意擴展與縮減，并且完美保護了現(xiàn)有的裝修環(huán)境；不需要單獨設(shè)立家庭網(wǎng)關(guān)，降低了智能家居的整體費用；利用智能手機對家庭網(wǎng)絡(luò)中的任一節(jié)點進行隨時隨地的遠程控制， 靈活、方便、快捷。

4 結(jié)語

隨著人們生活水平的不斷提高，人們越來越注重生活的質(zhì)量，智能家居便隨之越來越深得人們的青睞，基于WiFi 技術(shù)的智能家居系統(tǒng)和基于WiFi 插座的智能家居系統(tǒng)，可以在現(xiàn)有裝飾的基礎(chǔ)上實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)，對家用電器的進行智能化控制并實現(xiàn)在線服務(wù)，后期的維護也更加方便。

【參考文獻】

[1] 周洪, 胡文山, 張立明, 盧亦焱. 智能家居控制系統(tǒng)[M]. 中國電力出版社.2006-01 出版