淺析基于WiFi 的智能家居系統

【文章摘要】

本文首先敘述了智能家居的發展和智能家居的相關概念，并分析了無線通信技術在智能家居中的應用。接著敘述了WiFi 技術的概念，WiFi 技術的特點及性能等，最后分析了基于WiFi 技術的智能家居系統和工作原理，并分析了基于WiFi 插座的智能家居系統。

【關鍵詞】

WiFi ；WiFi 插座；智能家居系統

1 無線通信控制在智能家居中的應用

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

隨著無線通信技術的發展，利用無線通信技術對家庭設備進行控制，已成為實現智能家居系統的理想選擇。無線通信控制具有安裝和布線簡單的優勢，基于無線通信技術實現對家庭設備控制的智能家居系統可以避免破壞已有的裝修、減少室內各種布線，可以更好的滿足人們對智能化生活的需求。

目前，在智能家居中應用的無線通信技術主要包括：紅外通信技術、小于1 GHz 的無線射頻技術（如315MHz、433MHz）、Blue-tooth 技術、ZigBee 通信技術、WiFi 技術、EnOcean 技術、Insteon 技術、Z— Wave 技術等。其中無線射頻技術已經很成熟，其成本低廉、穿透性較好，但抗干擾性差、安全性差，且目前絕大部分應用只能單向通訊。紅外技術也比較成熟，但必須直線視距連接，限制太大，并不適合智能家居的發展。藍牙技術屬于IEEE802.15 協議，適合于語音業務及需要更高數據量的業務，如移動電話、耳機等等。ZigBee 技術也屬于IEEE802.15 協議，在一定范圍內與藍牙技術有重疊，但ZigBee 的數據傳輸功耗低、成本低使得它更適合于在智能家居系統中使用。EnOcean 技術無需電池，功耗最低，傳輸距離最遠。 Insteon 是一種復雜度低、功耗低、數據傳輸速率低、成本低的雙向混合通信技術，其工作在131.65kHz 的電力線和904MHz 的ISM 頻段上。 Z-Wave 是Z-Wave 聯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絡的高可靠性的無線通信技術，其工作頻段為908MHz ISM 頻帶，其著力于窄帶寬應用。 但面對“云”計算全面引入的今天，以上技術就難以滿足要求了，WiFi 技術因其低成本、最易與互聯網連接成為了智能家居界的寵兒。

2 基于WiFi 技術的智能家居系統

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

WiFi 通信技術可以將家居設備以無線方式接入寬帶互聯網，幫助用戶實現WWW、上傳、下載、E-mail、Web 和遠程登錄等互聯網技術。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。

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

家庭網關具備Internet 網絡接入功能，家庭局域網與TCP/IP 協議間的轉換， 家庭局域網中各種不同通信協議之間的協議轉換，運行各種智能家電管理軟件等功能。

具體工作原理：WiFi 家庭局域網由若干個無線智能子節點組成，每個智能子節點上都包含一個無線WiFi 接收模塊， 家庭網關上有一個無線WiFi 發射模塊。通過這些無線WiFi 接收與發送模塊，一方面，家庭網關與無家庭局域網中各個子節點的進行通信，實現對智能家居中各子節點的控制；另一方面，家庭網關與Internet 網絡的相互通信，進行數據傳輸， 實現Internet 網對家庭網關的控制。最終通過家庭網關實現家庭局域網與Internet 網絡的相互通信，從而實現對各智能子節點的遠程控制。

3 基于WiFi 插座的智能家居系統

WiFi 插座具備普通WiFi 模塊的基本功能，進行數據的無線接收與發送，實現節點間的相互通信以及節點與Internet 網絡相互通信，同時，WiFi 插座利用內嵌的單片機，使得普通的家用電器設備和工業設備不需要運行在操作系統，而實現裸機驅動；同時，WiFi 模塊可以運行各種智能家電管理軟件；最后，WiFi 插座還內嵌了TCP/IP 協議，具備了家庭網關的Internet 網絡接入功能，家庭局域網與TCP/IP 協議間的轉換，家庭局域網中各種不同通信協議之間的協議轉換等功能，從而使得接入WiFi 插座的智能家居不需要家庭網關而正常運行。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指令、定時指令等，設定好相應指令后，插座可以進行指令儲存，使得老式非智能電器轉變為智能電器。

具有WiFi 插座的智能家居應用系統由WiFi 插座、無線路由器、Internet 網絡、手機接入網絡（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

具有WiFi 插座的智能家居應用系統即插即用，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，實現家庭局域網的隨意擴展與縮減，并且完美保護了現有的裝修環境；不需要單獨設立家庭網關，降低了智能家居的整體費用；利用智能手機對家庭網絡中的任一節點進行隨時隨地的遠程控制， 靈活、方便、快捷。

4 結語

隨著人們生活水平的不斷提高，人們越來越注重生活的質量，智能家居便隨之越來越深得人們的青睞，基于WiFi 技術的智能家居系統和基于WiFi 插座的智能家居系統，可以在現有裝飾的基礎上實現智能家居系統，對家用電器的進行智能化控制并實現在線服務，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[M]. 中國電力出版社.2006-01 出版