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智能家居中的無線數(shù)據(jù)傳輸方案
來源：作者：日期：2018-01-31 17:24:44點(diǎn)擊：8375次
智能家居（英文：smart home, home automation）是以住宅為平臺(tái)，利用綜合布線技術(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(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。
無線數(shù)據(jù)傳輸是指利用無線數(shù)傳模塊將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)或者各種物理量進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，可以進(jìn)行無線模擬量采集也可以進(jìn)行無線開關(guān)量控制，如果傳輸?shù)氖?a >開關(guān)量，可以做到遠(yuǎn)程設(shè)備遙測(cè)遙控。
目錄
1、智能家居中的無線數(shù)據(jù)傳輸方案簡(jiǎn)介
2、燈光控制部分硬件組成框架
3、手持RF遙控部分硬件組成框架
4、燈光控制部分軟件組成框架
5、手持RF遙控部分軟件組成框架
6、智能家居發(fā)展趨勢(shì)
智能家居中的無線數(shù)據(jù)傳輸方案簡(jiǎn)介：
目前，智能家居可為用戶提供家居安全報(bào)警、可視對(duì)講、家電、照明調(diào)光、設(shè)備的室內(nèi)外遙控、電話遠(yuǎn)程控制、INTERNET遠(yuǎn)程控制等多種功能。產(chǎn)品類型包括有線、無線或者有線和無線結(jié)合，無線方式具有無布線，移動(dòng)，安裝方便、應(yīng)用場(chǎng)合廣等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為應(yīng)用主流。
采用IAI公司的無線系列芯片結(jié)合MICROCHIP的PIC系列單片機(jī)已開發(fā)出一系列的智能家居方案，如小區(qū)的水氣無線抄表方案、家居終端無線開關(guān)方案、無線燈光控制方案、終端控制器大屏幕界面QVGA方案、終端INTERNET接入方案等等。IAI公司的無線芯片系列具有集成度高、外圍元件少、功耗低、性能穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，芯片內(nèi)部集成了FSK無線收發(fā)必需的全部功能模塊，包括多邊帶PLL合成器、PA、LNA、混頻器、基帶濾波器、中頻放大器、信號(hào)強(qiáng)度指示RSSI、數(shù)據(jù)質(zhì)量偵測(cè)DQD、電池電壓偵測(cè)、AFC和微控制器等，同時(shí)MICROCHIP的PIC系列芯片單片機(jī)具有低功耗、高穩(wěn)定性、抗干擾性好等特點(diǎn)。為此我司采用IA4421芯片已開發(fā)了兩種小通訊模塊PHY和EV-IA4421-433M-3，可以為用戶提供串口或者SPI接口,方便用戶使用和開發(fā)。
本文從軟、硬件兩方面介紹一款智能燈光控制方案，該方案分為手持RF遙控和燈光控制兩部分，可以通過手持設(shè)備實(shí)現(xiàn)家居燈光明暗的調(diào)節(jié)、全開全關(guān)、定時(shí)控制和軟啟功能。
本文介紹的智能化燈光控制方案，可以通用到任一智能家居設(shè)計(jì)方案中，方便的應(yīng)用于各種智能家居系統(tǒng)上。
燈光控制部分硬件組成框架：
2.1非隔離電源電路為MCU和無線模塊提供工作電壓，采用PI的LinkSwitch-TN，由于功率MOSFET和控制器集成在一個(gè)IC當(dāng)中，設(shè)計(jì)過程可得到極大地簡(jiǎn)化。電路路中所用元件數(shù)目很少，無需變壓器，即可以利用設(shè)計(jì)速成部分，使用標(biāo)準(zhǔn)元件完成常用輸出電壓和電流的設(shè)計(jì)。
2.2無線模塊連接電路，PHY只需使用5個(gè)I/O口即可工作，同時(shí)采用SPI兼容的控制接口作為數(shù)據(jù)通訊接口，我們測(cè)試板也正是使用這種方式與PHY模塊進(jìn)行連接的。各個(gè)接口功能如下：SCK：SPI串口時(shí)鐘輸入；SDI：SPI串口數(shù)據(jù)輸入；NSEL：SPI片選輸入(低電平有效)；SDO：SPI串口數(shù)據(jù)輸出；NIRQ：中斷請(qǐng)求輸出(低電平有效)；PHY模塊用作數(shù)據(jù)。該模塊具有體積小、功耗底等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于無線設(shè)備上。
2.3調(diào)光模塊電路，包括一個(gè)EMI濾波器、一個(gè)無源功率因數(shù)校正、鎮(zhèn)流器控制和燈諧振輸出級(jí)，輸出級(jí)采PWM輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)變壓器驅(qū)動(dòng)半橋MOS管，實(shí)現(xiàn)燈光的控制。
手持RF遙控部分硬件組成框架：
3.1
4*4輕觸按鍵作為用戶的輸入，用戶按鍵的輸入判斷是采用普通的I/O方式。具體每個(gè)按鍵定義為,可以根據(jù)開發(fā)著設(shè)計(jì)需要而定。
3.2無線模塊連接電路與手持RF無線模塊的電路與燈光控制部分基本一樣，電路如圖3所示，都是使用SPI方式與無線模塊通信。
3.3電源電路，手持遙控使用5V～9V干電池為系統(tǒng)供電。
燈光控制部分軟件組成框架：
4.1 MCU初始化函數(shù)：包括MCU定時(shí)器的設(shè)置、PWM設(shè)定、中斷設(shè)置和各個(gè)I/O口的輸入、輸出設(shè)置等等。
4.2 IA4421初始化：對(duì)IA4421各個(gè)寄存器進(jìn)行設(shè)定，包括頻率、發(fā)送速率、發(fā)送功率、頻偏等設(shè)置。
4.3主循環(huán)程序：主要包括無線信號(hào)的檢測(cè)和工作電流電壓的檢測(cè)。
主循環(huán)程序是軟件的基本控制部分，為一個(gè)無限循環(huán)程序，通過這一系列的管理函數(shù)，不斷的檢測(cè)事件的發(fā)生并執(zhí)行相應(yīng)的功能操作。包含許多子程序，諸如：Check if it’s time to execute events（定時(shí)器時(shí)間事件處理）、通信握手識(shí)別、地址識(shí)別、PWM輸出處理、電流電壓采樣處理、電源管理等等。
手持RF遙控部分軟件組成框架：
軟件流程圖如圖所示，軟件系統(tǒng)包括：MCU初始化、變量初始化、IA4421初始化、主程序的循環(huán)檢測(cè)。
主循環(huán)程序包括用戶按鍵輸入檢測(cè)、無線數(shù)據(jù)發(fā)送、無線信號(hào)的接收和反饋數(shù)據(jù)的處理，正確發(fā)送用戶輸入的信息以及把燈光控制狀態(tài)及時(shí)反饋回手持設(shè)備，讓用戶一目了然。
智能家居發(fā)展趨勢(shì)：
隨著智能家居的迅猛發(fā)展，越來越多的家居開始引進(jìn)智能化系統(tǒng)和設(shè)備。智能化系統(tǒng)涵蓋的內(nèi)容也從單純的方式向多種方式相結(jié)合的方向發(fā)展。但較之于歐美發(fā)達(dá)國家，我國的我國智能家居系統(tǒng)起步稍晚，所以市場(chǎng)主流的產(chǎn)品（系統(tǒng)）還無法很好地解決產(chǎn)品本身與市場(chǎng)需求的矛盾，使得智能家居市場(chǎng)的僵冰還沒有被完全打破，所以很大程度上阻礙了智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在此情形之下，從產(chǎn)品（系統(tǒng)）的技術(shù)角度上看什么才是解決這個(gè)難題的方法？據(jù)市場(chǎng)調(diào)研顯示，只有智能家居交互平臺(tái)才是最好的手段之一。
而隨著云技術(shù)的發(fā)展，市面上出現(xiàn)了將云語音控制融入到控制系統(tǒng)的智能家居控制軟件，不需要專業(yè)的設(shè)備，任意一臺(tái)智能手機(jī)或是平板電腦安裝上軟件即可，其兼容windows 、IOS、 android系統(tǒng)，開啟手機(jī)軟件，啟用監(jiān)聽模式，在聲場(chǎng)的覆蓋的范圍內(nèi)，即可與系統(tǒng)對(duì)話控制電氣設(shè)備，更強(qiáng)大的是該系統(tǒng)還可以接入互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，進(jìn)行日常信息查詢，瀏覽網(wǎng)頁，搜索音樂等功能，整個(gè)交互的過程，可以是全語音也可以是屏幕顯示。
智能家居可以成為智能小區(qū)的一部分，也可以獨(dú)立安裝。
中國人口眾多，城市住宅也多選擇密集型的住宅小區(qū)方式，因此很多房地產(chǎn)商會(huì)站在整個(gè)小區(qū)智能化的角度來看待家居的智能化，也就出現(xiàn)了一統(tǒng)天下、無所不包的智能小區(qū)。歐美由于獨(dú)體別墅的居住模式流行，因此住宅多散布城鎮(zhèn)周邊，沒有一個(gè)很集中的規(guī)模，當(dāng)然也就沒有類似國內(nèi)的小區(qū)這一級(jí)，住宅多與市鎮(zhèn)相關(guān)系統(tǒng)直接相連。這一點(diǎn)也可解釋為什么美國仍盛行ADSL、Cable Modem等寬帶接入方式，而國內(nèi)光纖以太網(wǎng)發(fā)展如此迅猛。因此歐美的智能家居多獨(dú)立安裝，自成體系。而國內(nèi)習(xí)慣上已將它當(dāng)作智能小區(qū)的一個(gè)子系統(tǒng)考慮，這種做法在前一階段應(yīng)該是可行的，而且是實(shí)用的，因?yàn)橐郧霸O(shè)計(jì)選用的智能家居功能系統(tǒng)多是小區(qū)配套的系統(tǒng)。但智能家居最終會(huì)獨(dú)立出來成為一個(gè)自成體系和系統(tǒng)，作為住宅的主人完全可以自由選擇智能家居系統(tǒng)，即使是小區(qū)配套來統(tǒng)一安裝，也應(yīng)該可以根據(jù)需要自由選擇相應(yīng)產(chǎn)品和功能、可以要求升級(jí)、甚至你對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)不感興趣，完全可以獨(dú)立安裝一套。我們的觀點(diǎn)是，智能家居實(shí)施其實(shí)是一種“智能化裝修”，智能小區(qū)只不過搭建了大環(huán)境、完成了粗裝修，接下來的智能化“精裝修”要靠自己來實(shí)施。
無線數(shù)據(jù)傳輸是指利用無線數(shù)傳模塊將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)或者各種物理量進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，可以進(jìn)行無線模擬量采集也可以進(jìn)行無線開關(guān)量控制，如果傳輸?shù)氖?a >開關(guān)量，可以做到遠(yuǎn)程設(shè)備遙測(cè)遙控。
| 中文名 | 技術(shù) | 功能 | 目標(biāo) |
| 智能家居 | 綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。 | 無線連接和格通智能家居 | 方便家用電器操作 |
目錄
1、智能家居中的無線數(shù)據(jù)傳輸方案簡(jiǎn)介
2、燈光控制部分硬件組成框架
3、手持RF遙控部分硬件組成框架
4、燈光控制部分軟件組成框架
5、手持RF遙控部分軟件組成框架
6、智能家居發(fā)展趨勢(shì)
智能家居中的無線數(shù)據(jù)傳輸方案簡(jiǎn)介：
目前，智能家居可為用戶提供家居安全報(bào)警、可視對(duì)講、家電、照明調(diào)光、設(shè)備的室內(nèi)外遙控、電話遠(yuǎn)程控制、INTERNET遠(yuǎn)程控制等多種功能。產(chǎn)品類型包括有線、無線或者有線和無線結(jié)合，無線方式具有無布線，移動(dòng)，安裝方便、應(yīng)用場(chǎng)合廣等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為應(yīng)用主流。
采用IAI公司的無線系列芯片結(jié)合MICROCHIP的PIC系列單片機(jī)已開發(fā)出一系列的智能家居方案，如小區(qū)的水氣無線抄表方案、家居終端無線開關(guān)方案、無線燈光控制方案、終端控制器大屏幕界面QVGA方案、終端INTERNET接入方案等等。IAI公司的無線芯片系列具有集成度高、外圍元件少、功耗低、性能穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，芯片內(nèi)部集成了FSK無線收發(fā)必需的全部功能模塊，包括多邊帶PLL合成器、PA、LNA、混頻器、基帶濾波器、中頻放大器、信號(hào)強(qiáng)度指示RSSI、數(shù)據(jù)質(zhì)量偵測(cè)DQD、電池電壓偵測(cè)、AFC和微控制器等，同時(shí)MICROCHIP的PIC系列芯片單片機(jī)具有低功耗、高穩(wěn)定性、抗干擾性好等特點(diǎn)。為此我司采用IA4421芯片已開發(fā)了兩種小通訊模塊PHY和EV-IA4421-433M-3，可以為用戶提供串口或者SPI接口,方便用戶使用和開發(fā)。
本文從軟、硬件兩方面介紹一款智能燈光控制方案，該方案分為手持RF遙控和燈光控制兩部分，可以通過手持設(shè)備實(shí)現(xiàn)家居燈光明暗的調(diào)節(jié)、全開全關(guān)、定時(shí)控制和軟啟功能。
本文介紹的智能化燈光控制方案，可以通用到任一智能家居設(shè)計(jì)方案中，方便的應(yīng)用于各種智能家居系統(tǒng)上。
燈光控制部分硬件組成框架：
2.1非隔離電源電路為MCU和無線模塊提供工作電壓，采用PI的LinkSwitch-TN，由于功率MOSFET和控制器集成在一個(gè)IC當(dāng)中，設(shè)計(jì)過程可得到極大地簡(jiǎn)化。電路路中所用元件數(shù)目很少，無需變壓器，即可以利用設(shè)計(jì)速成部分，使用標(biāo)準(zhǔn)元件完成常用輸出電壓和電流的設(shè)計(jì)。
2.2無線模塊連接電路，PHY只需使用5個(gè)I/O口即可工作，同時(shí)采用SPI兼容的控制接口作為數(shù)據(jù)通訊接口，我們測(cè)試板也正是使用這種方式與PHY模塊進(jìn)行連接的。各個(gè)接口功能如下：SCK：SPI串口時(shí)鐘輸入；SDI：SPI串口數(shù)據(jù)輸入；NSEL：SPI片選輸入(低電平有效)；SDO：SPI串口數(shù)據(jù)輸出；NIRQ：中斷請(qǐng)求輸出(低電平有效)；PHY模塊用作數(shù)據(jù)。該模塊具有體積小、功耗底等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于無線設(shè)備上。
2.3調(diào)光模塊電路，包括一個(gè)EMI濾波器、一個(gè)無源功率因數(shù)校正、鎮(zhèn)流器控制和燈諧振輸出級(jí)，輸出級(jí)采PWM輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)變壓器驅(qū)動(dòng)半橋MOS管，實(shí)現(xiàn)燈光的控制。
手持RF遙控部分硬件組成框架：
3.1
4*4輕觸按鍵作為用戶的輸入，用戶按鍵的輸入判斷是采用普通的I/O方式。具體每個(gè)按鍵定義為,可以根據(jù)開發(fā)著設(shè)計(jì)需要而定。
3.2無線模塊連接電路與手持RF無線模塊的電路與燈光控制部分基本一樣，電路如圖3所示，都是使用SPI方式與無線模塊通信。
3.3電源電路，手持遙控使用5V～9V干電池為系統(tǒng)供電。
燈光控制部分軟件組成框架：
4.1 MCU初始化函數(shù)：包括MCU定時(shí)器的設(shè)置、PWM設(shè)定、中斷設(shè)置和各個(gè)I/O口的輸入、輸出設(shè)置等等。
4.2 IA4421初始化：對(duì)IA4421各個(gè)寄存器進(jìn)行設(shè)定，包括頻率、發(fā)送速率、發(fā)送功率、頻偏等設(shè)置。
4.3主循環(huán)程序：主要包括無線信號(hào)的檢測(cè)和工作電流電壓的檢測(cè)。
主循環(huán)程序是軟件的基本控制部分，為一個(gè)無限循環(huán)程序，通過這一系列的管理函數(shù)，不斷的檢測(cè)事件的發(fā)生并執(zhí)行相應(yīng)的功能操作。包含許多子程序，諸如：Check if it’s time to execute events（定時(shí)器時(shí)間事件處理）、通信握手識(shí)別、地址識(shí)別、PWM輸出處理、電流電壓采樣處理、電源管理等等。
手持RF遙控部分軟件組成框架：
軟件流程圖如圖所示，軟件系統(tǒng)包括：MCU初始化、變量初始化、IA4421初始化、主程序的循環(huán)檢測(cè)。
主循環(huán)程序包括用戶按鍵輸入檢測(cè)、無線數(shù)據(jù)發(fā)送、無線信號(hào)的接收和反饋數(shù)據(jù)的處理，正確發(fā)送用戶輸入的信息以及把燈光控制狀態(tài)及時(shí)反饋回手持設(shè)備，讓用戶一目了然。
智能家居發(fā)展趨勢(shì)：
隨著智能家居的迅猛發(fā)展，越來越多的家居開始引進(jìn)智能化系統(tǒng)和設(shè)備。智能化系統(tǒng)涵蓋的內(nèi)容也從單純的方式向多種方式相結(jié)合的方向發(fā)展。但較之于歐美發(fā)達(dá)國家，我國的我國智能家居系統(tǒng)起步稍晚，所以市場(chǎng)主流的產(chǎn)品（系統(tǒng)）還無法很好地解決產(chǎn)品本身與市場(chǎng)需求的矛盾，使得智能家居市場(chǎng)的僵冰還沒有被完全打破，所以很大程度上阻礙了智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在此情形之下，從產(chǎn)品（系統(tǒng)）的技術(shù)角度上看什么才是解決這個(gè)難題的方法？據(jù)市場(chǎng)調(diào)研顯示，只有智能家居交互平臺(tái)才是最好的手段之一。
而隨著云技術(shù)的發(fā)展，市面上出現(xiàn)了將云語音控制融入到控制系統(tǒng)的智能家居控制軟件，不需要專業(yè)的設(shè)備，任意一臺(tái)智能手機(jī)或是平板電腦安裝上軟件即可，其兼容windows 、IOS、 android系統(tǒng)，開啟手機(jī)軟件，啟用監(jiān)聽模式，在聲場(chǎng)的覆蓋的范圍內(nèi)，即可與系統(tǒng)對(duì)話控制電氣設(shè)備，更強(qiáng)大的是該系統(tǒng)還可以接入互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，進(jìn)行日常信息查詢，瀏覽網(wǎng)頁，搜索音樂等功能，整個(gè)交互的過程，可以是全語音也可以是屏幕顯示。
智能家居可以成為智能小區(qū)的一部分，也可以獨(dú)立安裝。
中國人口眾多，城市住宅也多選擇密集型的住宅小區(qū)方式，因此很多房地產(chǎn)商會(huì)站在整個(gè)小區(qū)智能化的角度來看待家居的智能化，也就出現(xiàn)了一統(tǒng)天下、無所不包的智能小區(qū)。歐美由于獨(dú)體別墅的居住模式流行，因此住宅多散布城鎮(zhèn)周邊，沒有一個(gè)很集中的規(guī)模，當(dāng)然也就沒有類似國內(nèi)的小區(qū)這一級(jí)，住宅多與市鎮(zhèn)相關(guān)系統(tǒng)直接相連。這一點(diǎn)也可解釋為什么美國仍盛行ADSL、Cable Modem等寬帶接入方式，而國內(nèi)光纖以太網(wǎng)發(fā)展如此迅猛。因此歐美的智能家居多獨(dú)立安裝，自成體系。而國內(nèi)習(xí)慣上已將它當(dāng)作智能小區(qū)的一個(gè)子系統(tǒng)考慮，這種做法在前一階段應(yīng)該是可行的，而且是實(shí)用的，因?yàn)橐郧霸O(shè)計(jì)選用的智能家居功能系統(tǒng)多是小區(qū)配套的系統(tǒng)。但智能家居最終會(huì)獨(dú)立出來成為一個(gè)自成體系和系統(tǒng)，作為住宅的主人完全可以自由選擇智能家居系統(tǒng)，即使是小區(qū)配套來統(tǒng)一安裝，也應(yīng)該可以根據(jù)需要自由選擇相應(yīng)產(chǎn)品和功能、可以要求升級(jí)、甚至你對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)不感興趣，完全可以獨(dú)立安裝一套。我們的觀點(diǎn)是，智能家居實(shí)施其實(shí)是一種“智能化裝修”，智能小區(qū)只不過搭建了大環(huán)境、完成了粗裝修，接下來的智能化“精裝修”要靠自己來實(shí)施。
