物联网

基于WiFi的智能家居系统设计

发布时间:2022-04-22 12:45:23 所属栏目:物联网 阅读:

  郑希1,2,王一甲3,周金治1,2

  (1.西南科技大学 信息工程学院,四川 绵阳 621010; 2.特殊环境机器人四川省重点实验室,四川 绵阳 621010;3.西华大学 建筑与土木工程学院,四川 成都 610039)

摘要:传统智能家居系统多以ZigBee无线技术组网,家庭网关做为控制中心接入家庭网络,以网页来控制网关,通过网关转发命令给设备进行控制,所有家电设备无法独立工作。针对此不足,提出一种连接简单、易扩展、适用于家庭应用的家居系统。该系统以手机为控制终端,以WiFi为通信手段,去除家庭网关,直接对家中设备进行远程控制。实验测试表明,该系统使用灵活方便,稳定性强,易于扩展升级,用户体验较好。

  关键词:智能家居;CC3200;iOS;WiFi

0引言

  *基金项目:特殊环境机器人技术四川省重点实验室开放基金(13ZXTK07);西南科技大学研究生创新基金(15ycx120)随着整个社会信息化的加速及物联网技术的发展,智能家居迎来了爆发式的增长,越来越多的智能电器走入人们的生活,让人们体验到一种更加便利、安全、高效的家居生活。

  传统的智能家居系统通常由三部分组成:家庭局域网、家庭网关、外网。家庭局域网由ZigBee或者其他射频网络连接各家用设备、智能开关、传感器等,为网关提供控制信号和网络信息。家庭网关是系统的核心,实现全局控制和与外网的通信。用户通过网页或者客户端来与网关进行通信并实现对家庭设备的控制。这种智能家居系统经过多年发展,依然没有在市场上有很好的应用,可能的原因有以下几个方面:

  (1)ZigBee技术没有统一的标准,开发难度较大,同时其与手机电脑等智能设备不兼容。

  (2)必须借助家庭网关工作,使用范围受限。

  (3)设备入网安装复杂,需要专业工程人员。

  (4)通常采用网页或者电脑客户端进行控制,无法随时随地使用,用户体验较差。

  WiFi技术因其功率较高、网络容量较少而在智能家居领域一直没有广泛的使用。但随着技术的发展,众多厂家推出了低功耗的WiFi芯片。同时,IEEE即将发布针对物联网应用的802.11ah标准,工作频率使用1 GHz以下的免许可频段[1]。具有覆盖面更大,支持更多用户、更低功耗的特点,使WiFi在智能家居中有更广泛的应用。

  如今智能手机的普及率越来越高,功能的日益强大,同时伴随手机4G网络的发展,手机逐渐成为人们随身的信息中心。因此,手机作为智能家居控制中心将成为智能家居发展的趋势。本文提出一种以iPhone手机为控制中心,以WiFi为家庭组网的智能家居系统。

1系统的总体设计

  基于WiFi的智能家居系统主要包括家电设备控制端和iOS客户端。用户通过iOS客户端交互,实现家电设备入网与控制操作。家电设备直接由无线路由器接入到家庭网络,通过接收来自手机客户端的网络请求,解析出控制命令,完成相应的控制操作。系统的总体结构示意图如图1所示。

  

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2智能家电控制端设计

  

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  图3控制端工作流程本系统的智能家电由控制端接收手机端的指令来控制家电功能,总体结构框架如图2所示。控制端核心采用美国德州仪器(TI)公司基于ARM CortexM4内核的CC3200微控制器[2]。CC3200工作在80 MHz主频下,具有快速并行摄像头接口、I2S、SD/MMC、UART、SPI、I2C、ADC等外设。芯片内部包含专用的WiFi模块,可以减轻MCU的负担,支持802.11.b/g/n射频和嵌入式TCP/IP、TLS/SS堆栈以及多个互联网协议,支持高级低功耗模式,满足省电需求。外部串行闪存保存程序及外设驱动程序,系统启动时内部Flash中的引导加载程序(bootloader)将外部Flash中的程序载入到芯片内部的SRAM中运行。传感器模块将外部环境参数传入控制端,供MCU处理。控制端收到手机指令后,通过I/O口与家电产品连接并进行相应控制,完成各种不同的功能。

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  控制端软件工作流程如图3所示。系统上电启动后,抓取UDP包配置入网,若配置不成功则进入休眠模式等待复位重新启动系统。配置成功后,开启HTTP服务,监听HTTP请求并执行相应的操作。

3iOS客户端软件设计