Wi-Fi技術在家用太陽能熱水器控制器上的應用

（華東理工大學，200237）

Wi-Fi技術在家用太陽能熱水器控制器上的應用

戴哲恒,魏梓軒,孫 偉,干偉兒,楊富琴*

（華東理工大學，200237）

Wi-Fi技術是一種重要的WLAN(無線網絡)技術，伴隨著智能家居時代的來臨，Wi-Fi憑借覆蓋廣、易獲取、速度快、無需布線、健康安全等特點成為智能家居數據傳輸的首要選擇。本文首先介紹了Wi-Fi技術、智能家居的基本概念，分析了Wi-Fi應用于智能家居的優勢與前景，最后通過Wi-Fi模塊與單片機通信的例子敘述了Wi-Fi在智能家居中的簡單應用。利用Wi-Fi模塊可以從互聯網上獲取所需要的信息并將信息傳輸給單片機，單片機對Wi-Fi獲取的信息進行分析處理，再對智能家居進行相應的控制，從而達到物聯網的目的。

Wi-Fi通信；單片機控制；智能家居；物聯網

0 引言

隨著網絡與通信技術的發展，無線局域網已經深入到千家萬戶及生活的各個角落，Wi-Fi憑其高速、便捷、成本低的獨特優勢得到了空前的寵愛。Wi-Fi不僅在網絡媒體、掌上設備、日常休閑、客運列車等娛樂與辦公行業表現出色，其在工業、農業中的應用與前景也不容小覷。Wi-Fi還可實現精度媲美GPS的定位功能。在家庭自動化的潮流中亦表現不凡，在智能家居的通信中有重要作用。目前,無論是人們的工作還是生活,都已經離不開WI-FI技術。WI-FI技術憑借其無與倫比的技術優勢,掀起了一股技術革新浪潮。在社會生活中,WI-FI技術有著巨大的應用價值,并且有著廣泛的發展前景。

1 Wi-Fi技術和智能家居

1.1 Wi-Fi技術

Wi-Fi，是 Wireless Fidelity 的縮寫形式，是當前應用比較廣泛的短距離無線網絡傳輸技術，能將個人電腦、手機等能無線接收信號的設備以無線方式互相通信。它以傳輸速度高，有效距離較長的優勢占據了無線通信網絡的一面江山Wi-Fi，又稱是IEEE 802.11標準，有802.11a，802.11b，802.11u，802.11z等子類，能將有線網絡信號置換為無線信號，最高帶寬視標準而定，通信距離最高可達305米，視通信區域的封閉性而定，對于較封閉的區域，通信距離會短些。

總之，Wi-Fi的特性主要體現在以下幾個方面：一是具有較快的速度和較高的可靠性；二是在開放性的區域中，Wi-Fi的通信距離可以達到305米；三是在封閉性的區域中，Wi-Fi的通信距離一般為76~122米；四是與有線以太網的整合十分方便，組網過程需要投入的成本較低。

1.2 Wi-Fi技術的優勢

①無須布線，無線電波覆蓋范圍廣

Wi-Fi是由AP和無線網卡共同組成的無線局域網?；谶@種組成結構，Wi-Fi 的構成不需要布線，在一些辦公場所，如醫院、快餐店、教育機構等場所布局，不受布線條件的限制。

②建網簡單，廠商容易介入

一臺AP（Access Point）和無線網卡，就可以在一定的區域范圍內組成Wi-Fi 網絡，省去了架設的費用和復雜的施工過程和原材料的費用。一般只需要人口密集的場所設置“熱點”，廠商不用耗費巨額資金來布線接入，節省成本的同時也帶來了便捷與通信的及時性。

③是現有通信系統很好的補充

隨著技術的逐步完備與發展，Wi-Fi的工作距離也在逐步擴展，它也成為現在通信系統很好的補充元素，因為它很好地解決了高速移動數據的糾錯問題、延時問題、誤碼問題，設備與基站之間切換、設備與設備之間的切換問題。

1.3 智能家居

智能家居是指利用先進的計算機技術、網絡通信技術、綜合布線技術，將與家居生活有關的各種子系統有機地結合在一起，通過統籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間；還由原來的被動靜止結構轉變為具有能動智慧的工具，提供全方位的信息交互功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性、舒適性，甚至合理控制各種能源的使用。

家居智能的基本目標是，將家庭中各種與信息相關的通信設備、家用電器和家庭安防裝置通過家庭總線技術(HBS)連接到一個家庭智能化系統上進行集中或者異地的監視、控制和家庭事務性管理，并保持這些家庭設施與住宅環境的協調。

2 Wi-Fi技術在太陽能熱水器控制器上的應用

2.1 太陽能熱水器使用中存在的問題

目前市面上的太陽能熱水器在陰雨天氣的工作方式并不完善。陰雨天氣太陽能無法提供生活所需熱水，熱水器只能使用電加熱燒水滿足生活所需。且用戶只能回家后手動加熱，某些熱水器也只能做到在用戶設定的時間前使水溫達到用戶要求。這些產品不經濟且沒有避峰用電功能，用戶又不能在較晚的用電低谷時段用水。這類熱水器增加了電網負荷，用電不節約，如遇用電高峰將給城市電網帶來安全隱患。

2.2 Wi-Fi技術在太陽能熱水器控制器上的應用

綜合以上問題，本文提出一種預知天氣輔助電加熱的太陽能熱水器智能控制系統。本系統通過Wi-Fi模塊連接網絡，于每日凌晨獲取當天天氣狀況并傳送至單片機，由單片機處理后智能選擇加熱時間與方式。陰雨等太陽能裝置無法工作的天氣，控制熱水器在當天凌晨1~3點用電低谷時段完成電加熱；晴朗等太陽能裝置可以有效工作的天氣控制熱水器在當天利用太陽能完成加熱。既降低電費又能夠規避用電高峰，降低了電網負荷，且充分利用太陽能。無線模塊通過Wi-Fi與網絡連接，需要用戶使用區域有Wi-Fi網絡。就目前Wi-Fi網絡的普及情況來看，這種控制系統將會具有很好地適應性，用戶基本能滿足使用條件。

3 應用實現

3.1 天氣獲取

利用Wi-Fi模塊可以從網絡獲取所需信息并加以處理應用。本文介紹USR-WiFi232-T模塊與STC12C5A60S2單片機連接的簡單應用。利用WiFi232-T模塊從中國天氣網網站提取天氣信息并將信息發送至單片機數據接收口，由單片機篩選信息并處理后作出判斷、發出控制指令。

3.2 連接與實現

USR-WIFI232-T是一款經典的WIFI模塊。具有低功耗、低成本、小體積的特點，WIFI模塊硬件上集成MAC，基頻芯片，射頻收發單元，TCP/IP協議棧，以及功率放大器，符合使用要求。

將Wi-Fi模塊TXD、RXD、GND引腳分別接STC12C5A60S2單片機P3.0、P3.1、GND腳，模塊VCC接+3.3V直流電源。

將結果顯示在液晶屏上效果如下：

圖1 液晶顯示效果圖

4 前景展望

實現太陽能熱水器的Wi-Fi功能只需要用戶住宅范圍有Wi-Fi信號，帶有Wi-Fi功能的太陽能熱水器就可以利用Wi-Fi實現強大的功能，大大提高家庭自動化進程。除范例外應用范圍還有：遠程控制、安防報警、信息發布、廠商集中管理、設備自檢和遠程維護。

近年來，應用于智能家居的Wi-Fi技術飛速發展，成功的將智能家居的各種設備和樓宇對講銜接起來，提供比傳統智能家居更舒適、安全、便捷的智能家居生活空間，優化了人們的生活方式，從而給用戶帶來了全新、舒適的家居生活。本次設計和研究對家庭自動化的發展具有指導性作用，并有著借鑒意義。

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Application of Wi-Fi Technology in the Domestic Solar Water Heater Controller

Dai Zheheng,Wei Zixuan,Sun Wei,Gan Weier,Yang Fuqin*
（East China University of Science and Technology,200237）

Wi-Fi technology is an important kind of WLAN(wireless network)technology,along with the advent of the era of smart home,Wi-Fi with a wide range of coverage,easy to obtain,fastness,no wiring, health and safety features to become the first choice of smart home data transmission.Firstly,this paper introduces the basic concept of Wi-Fi technology and smart home,analyzes the advantages and prospects of the application of Wi-Fi in smart home.Finally,the paper introduces a simple application of Wi-Fi in smart home based on the communication between Wi-Fi module and microcontroller.Wi-Fi module can transmit the information gathered from the internet to the microcontroller, and the microcontroller get the information for analysis and processing,then the smart home for the corresponding control,so as to achieve the purpose of the Internet of things.

Wi-Fi communication;single chip microcomputer control;smart home;internet of things.