基于_WIFI智能開關終端設計的實現與應用

（沈陽化工大學，遼寧 沈陽 110142）

【摘要】：隨著社會經濟的飛速發展及信息通信、控制、互聯網等技術的進步，智能化的產品不斷被人們所熟知，智能開關是家居智能化的重要組成部分，它已經漸漸取代傳統墻壁開關，走入了我們的日常生活中。本文是研究和設計WIFI職能開關技術。文中對智能開關的概念、歷史、發展過程等進行了詳細的闡述，并分析了目前智能開關在國內和國外的發展狀況。本次設計引入了WIFI的概念，很多人對這個概念不是很清楚，認為它只是以太網的一種延伸，其實它的功能遠不止此，本文對WIFI技術的概念、產生背景，發展過程，功能特點進行了闡述。隨著無線網絡技術的快速發展和日趨成熟，智能手機的普及率越來越高，WiFi技術也得到了非速的發展，已經完全融入了我們的生活，而且隨著科學技術的快速發展，人民追求越來越高的生活質量，目前的室內燈 開關的設計和裝修大多采用固定式按鍵和觸摸平板的方式，傳統的室內燈控制方式已不再滿足現代人們對生活水平的需求。

【關鍵詞】：智能開關；無線網；單機片；芯片

一.研究領域

目前物聯網的通信環境有Ethernet， Wi-Fi， RFID， NFC（近距離無線通信）， Zigbee， 6LoWPAN（IPV6低速無線版本），Bluetooth， GSM， GPRS， GPS北斗， 3G， 4G等網絡，而每一種通信應用協議都有一定適用范圍。AMQP、JMS、REST/HTTP都是工作在以太網，COAP協議是專門為資源受限設備開發的協議，而DDS和MQTT的兼容性則強很多。無線領域以WiFi，BT，ZigBee。

藍牙5.0協議已發布，但是目前以藍牙4.0為基礎。盡管藍牙4.0開始引入了低功耗藍牙（BLE）的技術，但藍牙也有很明顯的短板：連接設備有限（理論上 7 個設備），不能自組網。對于一般的智能單品來說，藍牙足夠好了；但對于未來致力構建智能家居生態（大量智能設備同時工作）的我們來說，藍牙肯定是不夠的。

Z綜合考慮后智能模塊使用Ti mps430+cc3300，之后可以通過更換ccxxxx升級。再用獨特機械結構保證達到安全可靠，經濟使用。成為機械開關和智能開關結合的新型開關。

二.研究現狀

在現代家庭中開關的控制至關重要，大量媒體報道過由于電源沒有關閉造成的漏電和火災，或者冬天出門時候由于忘記關閉閥門而造成的水管破裂。目前市場有關家中開關器件和閥門的產品比較少，杭州晶控電子有限公司智能家居平臺實現了對于家中開關和閥 門的遠程控制，人們從手機和電腦上就可以控制家中的開關器件，但是在手動控制的情況下依然會出現人為忘記開合開關引起的不必要的事故或者麻煩。采用自動開關控制系統后，人們不需要對家中的電氣開關和閥門進行控制，該系統的傳感器會自動檢測到家中的人數，從而對家中閥門和開關的開合進行控制。智能開關控制系統 節省了勞動力，增加了生活的安全性。針對目前智能開關產品存在的過于操作復雜、價格昂貴、布線復雜等不足，提出將人性化、易用性、兼容性為智能開關設計的思想，開發并實現基于WIFI智能硬件平臺的智能家居開關系統的雛形，通過試驗達到全年齡（特別是老人、兒童）都可以使用家居智能開關。基于 WIFI模塊的智能開關系統主要三部分組成：一 是 智 能 移動終端。采用 eclipse 編寫移動終端上的上位機程序 ，程序語 言采用 AVA 編寫，通過APP 控制軟件實現用戶對系統的界面功能。 二是負責廣播信息 AP節點。通過 AP建立起 WIFI網絡，手機客戶端和燈控節點模塊采用 UDP協議廣播機制實現數據的交換功能，本設計 AP節點只 負責建立系統網絡，并不參與系統的數據轉發。 三是無線開關控制模塊。該部分主要是由串口WFI模塊、單片機、驅動電路組成。單片機作為終端控 制設備，主要實現的功能是與串口 WFI模塊實現數據 的交換及系統終端有用數據的存儲。

三、創新

目前智能開關交給芯片控制，老式機械開關又不符合現代智能化的潮流，從而兩者結合，將保留老式開關的優點（安全可靠，經典實用），又有智能開關的方便快捷等優點。從而達到返樸歸真·簡單易用。

創新點：1.將原有老式機械開關和智能開關結合，達到兩種方式保留并存。2.達到各個年齡段（特別老人、兒童）都可以使用家居智能開關。3.并且降低未用和減少布線復雜等不足。

四.科學性與先進性

通過踏板開關實和用單片機+WIFI模塊應用到燈開關上。作品具有成熟的硬件條件，和理論基礎，可以達到預想目標。

如：智能模塊使用Ti公司的mps430+cc3300的芯片方案，加上踏板開關，踏板開關已經使用各行各業。產品將很快實現原有智能開關和老式開關生產。

無線智能開關系列模塊硬件設計

1.1無線智能開關弱電部分主控芯片

無線智能開關弱電部分采用的卞控芯片為美國Ti公司推出的16位RISC微控制器mps430。

1.2無線智能開關弱電部分電源管理模塊

總電源VCC為5V的直流穩壓電源，主控芯片mps430需要供電電源3. 3V正常工作，所以必須設計電源轉換電路。

1.3無線智能開關弱電部分數據存儲模塊

無線智能開關弱電部分數據存儲模塊包括SDRAM和FLASH存儲電路。SDRAM電路可采用兼容設計方案，支持16M字節或32M字節的單片SDRAMo而在FLASH存儲電路方面，則選擇了NAND FLASH型號為K9F1802作為其儲存模塊。

1.4 WiFi HOST模塊

WiFi HOST模塊用于連接基于802. lln標準的CC3300無線芯片以實現開關與設備之間的無線互聯。

無線智能開關強電部分電路設計

2.1無線智能開關強電部分電路設計

無線智能開關強電部分分別由220V轉5V/ACtoDC取電模塊和直接連接家用燈光電器的硬件控制電路兩部分所組成。

2.1 220V轉5V/AC to DC取電模塊

由于無線智能開關弱電部分并不具備取電電源，而無線智能開關正常工作所需要的電力供應均從家電220V中取得，所以要實現弱電部分的供電問題就必須要解決220V轉5V/AC to DC的取電問題。目前220V轉5V/AC to DC開關電源模塊在市場上已有現成產品，可根據智能開關具體的功耗問題，尤其是無線網卜的功耗問題而作出適當的選擇。

2.2連接家用燈光電器的控制電路設計

家用無線智能開關內部設有兩個通道，一個通道可直接接入一個燈光設備。另一個接入控制電路中將由終端控制開關。

五.結語

2010年市場規模約為1 250億美元其中歐洲及美國合計約占55%日韓合計約占30%至于發展初期的中國大陸雖只占有7%之市場比率但預估2010年一2016年之年復合增長率可高達近50%。預估中國大陸市場具有高度增長動能，其中以中央政策主導地方政府為求政績效紛紛建立物聯網應用示范區衍生的市場需求吸引許多國際廠商進駐再由產業之形成的擴散從而應用場域逐步推升市場規模。

同時，由于中國房屋容量飽和且大量房屋都已裝修，并且在功能和使用壽命都在良好的情況下。智能硬件將以低成本、兼用原有電器的優點，將擁有大量空白市場。這些市場在以智能手機帶動下，現代生活“以人為本、舒適、智能、環保”智能家居越來越深入人心。形成大量潛在用戶，但在成本考慮下猶豫不決或放棄購買智能產品。本產品因為價格低，性價比高，同時兼容已經裝修的房屋，不需要換燈的情況下最佳選擇。