智能家居中的无线数据传输方案

        智能家居(英文：smart home, home automation)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。

　　无线数据传输是指利用无线数传模块将工业现场设备输出的数据或者各种物理量进行远程传输，可以进行无线模拟量采集也可以进行无线开关量控制，如果传输的是开关量，可以做到远程设备遥测遥控。

　　智能家居中的无线数据传输方案简介：

　　目前，智能家居可为用户提供家居安全报警、可视对讲、家电、照明调光、设备的室内外遥控、电话远程控制、INTERNET远程控制等多种功能。产品类型包括有线、无线或者有线和无线结合，无线方式具有无布线，移动，安装方便、应用场合广等优点逐渐成为应用主流。

　　采用IAI公司的无线系列芯片结合MICROCHIP的PIC系列单片机已开发出一系列的智能家居方案，如小区的水气无线抄表方案、家居终端无线开关方案、无线灯光控制方案、终端控制器大屏幕界面QVGA方案、终端INTERNET接入方案等等。IAI公司的无线芯片系列具有集成度高、外围元件少、功耗低、性能稳定可靠等特点，芯片内部集成了FSK无线收发必需的全部功能模块，包括多边带PLL合成器、PA、LNA、混频器、基带滤波器、中频放大器、信号强度指示RSSI、数据质量侦测DQD、电池电压侦测、AFC和微控制器等，同时MICROCHIP的PIC系列芯片单片机具有低功耗、高稳定性、抗干扰性好等特点。为此我司采用IA4421芯片已开发了两种小通讯模块PHY和EV-IA4421-433M-3，可以为用户提供串口或者SPI接口,方便用户使用和开发。

　　本文从软、硬件两方面介绍一款智能灯光控制方案，该方案分为手持RF遥控和灯光控制两部分，可以通过手持设备实现家居灯光明暗的调节、全开全关、定时控制和软启功能。

　　本文介绍的智能化灯光控制方案，可以通用到任一智能家居设计方案中，方便的应用于各种智能家居系统上。

　　灯光控制部分硬件组成框架：

　　

 

　　2.1非隔离电源电路为MCU和无线模块提供工作电压，采用PI的LinkSwitch-TN，由于功率MOSFET和控制器集成在一个IC当中，设计过程可得到极大地简化。电路路中所用元件数目很少，无需变压器，即可以利用设计速成部分，使用标准元件完成常用输出电压和电流的设计。

　　

 

　　2.2无线模块连接电路，PHY只需使用5个I/O口即可工作，同时采用SPI兼容的控制接口作为数据通讯接口，我们测试板也正是使用这种方式与PHY模块进行连接的。各个接口功能如下：SCK：SPI串口时钟输入;SDI：SPI串口数据输入;NSEL：SPI片选输入(低电平有效);SDO：SPI串口数据输出;NIRQ：中断请求输出(低电平有效);PHY模块用作数据。该模块具有体积小、功耗底等优点，非常适合用于无线设备上。

　　

 

　　2.3调光模块电路，包括一个EMI滤波器、一个无源功率因数校正、镇流器控制和灯谐振输出级，输出级采PWM输出驱动信号，通过驱动变压器驱动半桥MOS管，实现灯光的控制。

　　

 

　　手持RF遥控部分硬件组成框架：

　　3.1按键电路如图所示

　　

 

　　4*4轻触按键作为用户的输入，用户按键的输入判断是采用普通的I/O方式。具体每个按键定义为,可以根据开发着设计需要而定。

　　3.2无线模块连接电路与手持RF无线模块的电路与灯光控制部分基本一样，电路如图3所示，都是使用SPI方式与无线模块通信。

　　3.3电源电路如图所示，手持遥控使用5V～9V干电池为系统供电。

　　

 

　　灯光控制部分软件组成框架：

　　4.1 MCU初始化函数：包括MCU定时器的设置、PWM设定、中断设置和各个I/O口的输入、输出设置等等。

　　4.2 IA4421初始化：对IA4421各个寄存器进行设定，包括频率、发送速率、发送功率、频偏等设置。

　　4.3主循环程序：主要包括无线信号的检测和工作电流电压的检测。

　　主循环程序是软件的基本控制部分，为一个无限循环程序，通过这一系列的管理函数，不断的检测事件的发生并执行相应的功能操作。包含许多子程序，诸如：Check if it’s time to execute events(定时器时间事件处理)、通信握手识别、地址识别、PWM输出处理、电流电压采样处理、电源管理等等。

　　

 

　　手持RF遥控部分软件组成框架：

　　软件流程图如图所示，软件系统包括：MCU初始化、变量初始化、IA4421初始化、主程序的循环检测。

　　主循环程序包括用户按键输入检测、无线数据发送、无线信号的接收和反馈数据的处理，正确发送用户输入的信息以及把灯光控制状态及时反馈回手持设备，让用户一目了然。

　　

 

　　智能家居发展趋势：

　　随着智能家居的迅猛发展，越来越多的家居开始引进智能化系统和设备。智能化系统涵盖的内容也从单纯的方式向多种方式相结合的方向发展。但较之于欧美发达国家，我国的我国智能家居系统起步稍晚，所以市场主流的产品(系统)还无法很好地解决产品本身与市场需求的矛盾，使得智能家居市场的僵冰还没有被完全打破，所以很大程度上阻碍了智能家居产业的发展。在此情形之下，从产品(系统)的技术角度上看什么才是解决这个难题的方法?据市场调研显示，只有智能家居交互平台才是最好的手段之一。

　　而随着云技术的发展，市面上出现了将云语音控制融入到控制系统的智能家居控制软件，不需要专业的设备，任意一台智能手机或是平板电脑安装上软件即可，其兼容windows 、IOS、 android系统，开启手机软件，启用监听模式，在声场的覆盖的范围内，即可与系统对话控制电气设备，更强大的是该系统还可以接入互联网系统，进行日常信息查询，浏览网页，搜索音乐等功能，整个交互的过程，可以是全语音也可以是屏幕显示。

　　智能家居可以成为智能小区的一部分，也可以独立安装。

　　中国人口众多，城市住宅也多选择密集型的住宅小区方式，因此很多房地产商会站在整个小区智能化的角度来看待家居的智能化，也就出现了一统天下、无所不包的智能小区。欧美由于独体别墅的居住模式流行，因此住宅多散布城镇周边，没有一个很集中的规模，当然也就没有类似国内的小区这一级，住宅多与市镇相关系统直接相连。这一点也可解释为什么美国仍盛行ADSL、Cable Modem等宽带接入方式，而国内光纤以太网发展如此迅猛。因此欧美的智能家居多独立安装，自成体系。而国内习惯上已将它当作智能小区的一个子系统考虑，这种做法在前一阶段应该是可行的，而且是实用的，因为以前设计选用的智能家居功能系统多是小区配套的系统。但智能家居最终会独立出来成为一个自成体系和系统，作为住宅的主人完全可以自由选择智能家居系统，即使是小区配套来统一安装，也应该可以根据需要自由选择相应产品和功能、可以要求升级、甚至你对整个设计不感兴趣，完全可以独立安装一套。我们的观点是，智能家居实施其实是一种“智能化装修”，智能小区只不过搭建了大环境、完成了粗装修，接下来的智能化“精装修”要靠自己来实施。