wifi技术在智能家居的应用

发布者：智家网
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2021-05-24 09:20:24

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　　伴随着经济的发展，人们对现代高品质生活需求日益增长，在这个大背景下，智能家居作为品质生活的代表，成为大家追捧的对象，也是未来家庭生活的必然趋势。目前市面上智能家居品牌越来越多，家电、网络业巨头纷纷试水智能家居市场，研究智能家居技术成了一大课题。WiFi的普及以及相关软件的发展将会使家用电器完成功能上的飞跃。今天我们就来聊一聊wifi技术在智能家居的应用。

wifi技术在智能家居的应用

　　WiFi本身已得到了比较广泛的普及应用，对用户而言，基于WiFi的智能家居组合最为省事，购买设备直接组网即可。通过WiFi技术的运用，已成功将智能家居的各种设备和楼宇对讲衔接起来，提供比传统智能家居更舒适、安全、便捷的智能家居生活空间，优化了人们的生活方式，为用户带来了全新的家居生活。

　　WiFi非常适合智能家居的无线通讯协议，跟BLEmesh和ZigBee相比，它们在带宽、功耗、成本、穿墙能力、延迟等方面有着不同的特点。WiFi的传输带宽是最大的，目前已经达到了几百Mbps，只要拥有无线路由器，就可以实现接入，传高清视频、无损音频、高精度图片等等都没问题。功耗方面，WiFi相对于BLEmesh和ZigBee都要更高，收发组件的成本也最贵，但是其传输能力强，穿墙能力也强。WiFi性能最强大，但是功耗太大，以至于不适合使用电池供电的设备，更适合插电使用的设备。例如电视、冰箱、洗衣机、洗碗机等智能大家电，使用WiFi通讯，不需要用户另外购买网关，直接就可以使用。当然，WiFi本身强大，但是所有的网路传输都是木桶效应，也就是说从终端设备到路由器必须都强大才行，如果使用的WiFi设备多，无线路由器的性能就极其重要。

　　在实际工程应用中，支持无线WiFi技术的触摸屏由于控制距离远，在大型的礼堂及隔墙非常多的展览馆中就可以大大减少无线接收器的安装数量，即使控制距离超过了一般控制范围，我们也可以通过安装无线增强中继器的方式来扩大接收器的接受范围，一台中型的无线增强中继器可将原本100米的控制距离增加到500米甚至1公里，而随着发射功率的增强，无线WiFi触摸屏增强的不仅仅是控制距离，更加增强的是在钢混结构建筑中的穿透性，使移动控制更加流畅。WiFi最主要的优势还在于不需要布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要，具有广阔市场前景。目前它已经从传统的医疗保健、库存控制和管理服务等特殊行业向更多行业拓展开去，甚至开始进入家庭以及教育机构等领域。健康安全也是WiFi的一大亮点。IEEE802.11规定的发射功率不可超过100毫瓦，实际发射功率约60~70毫瓦，这是一个什么样的概念呢？手机的发射功率约200毫瓦至1瓦间，手持式对讲机高达5瓦，而且无线网络使用方式并非像手机直接接触人体，是绝对安全的。

　　为了实现家庭内部网络与外部Intemet 相连互通，在家庭内网和外部 Internet 之间需要一个家庭网关。该网关是整个家庭无线网络系统的核心部分，它一方面完成家庭无线网络中各种不同通信协议之间的转换和信息共享，并且同外部网络进行数据交换，另一方面还负责对家庭中网络终端进行管理和控制。家庭中的网络终端也通过这个网关与外部网络连通。实现交互和信息共享。同时，该网关还应有防火墙能力，能够避免外界网络对家庭内部网络终端设备的非法访问与攻击。

　　在家庭网络中，WiFi主要应用在各种信息家电和家庭网关上。我们可以使用个人电脑、手持网络终端或者遥控器与家庭网关进行连接，并通过家庭网关对各种信息家电实施有效的管理和控制。因此，可以采用客户一服务器体系结构。网关充当服务器的角色，控制设备对各种信息家电的控制也通过网关完成。这样有利于实现胖服务器一瘦客户端的结构。

wifi技术在智能家居中的好处

　　WiFi无线保真技术即IEEE802.11协议，是无线局域网（WLAN）技术一-IEEE 802.11系列标准（IEEE802.11系列标准主要包括IEEE802.11a/b/g种）的商用名称。也是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。它是由一个名为“无线以太网相容联盟”（Wireless Ethernet Compatibility A1liance，WECA）的组织所发布的业界术语，中文译为“无线相容认证”。目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。它是一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网接入的无线电信号。随着技术的发展，以及IEEE 802.11a IEEE802.11g等标准的出现，现在IEEE802.11这个标准已被统称作Wi-Fi。

　　从应用层面来说，要使用Wi-Fi，用户首先要有Wi-Fi兼容的用户端装置。Wi-Fi可以帮助用户访间电子邮件、Web和流式媒体的互联网技术。它为用户提供了无线的宽带互联网访问。同时，它也是在家里、办公室或在旅途中上网的快速、便捷的途径。能够访间Wi-Fi网络的地方被称为热点。Wi-Fi或s02.11G在2.4Chz频段工作，所支持的速度最高达54Mbps（802.11N工作在2.4Ghz或者5.0Chz，最高速度600Mbps）。另外还有两种802.11空间的协议，包括（a）和（b）。它们也是公开使用的，但802.11G/N在世界上最为常用。

　　Wi-Fi是由接入点（Access PointAP）和无线网卡组成的无线网络，结构简单，可以实现快速组网，架设费用和程序的复杂性远远低于传统的有线网络。两台以上的电脑还可以组建对等网，不需要AP，只需每台电脑配备无线网卡。AP作为传统的有线网络与无线局域网之间的桥梁，任何一台装有无线网卡的PC都可以通过AP接入有线网络，其工作原理相当于一个内置无线发射器的集线器或者路由器，无线网卡则是负责接收AP所发射信号的客户端。Wi-Fi需要与有线宽带接入技术（DSLAN等）配合使用，有线宽带接入到户后，连接到一个AP，用户只要在一个或者多个电脑中安装无线网卡就可以在家里无线上网。wifi技术在智能家居的好处如下：

　　1）无线电波的覆盖范围广。蓝牙的电波覆盖范围很小，半径大约只有15米左右，而WiFi的半径可达100米。甚至可以覆盖整栋大楼。

　　2）WiFi的传输速度很快，最高可达54Mbps，符合个人和社会信息化的需求。在网络覆盖范围内，允许用户在任何时间、任何地点访问网络，随时随地享受诸如网上证券、视频点播（VoD）、远程教育、远程医疗、视频会议、网络游戏等一系列宽带信息增值服务，并实现移动办公。

　　3）无须布线，可以不受现实地理条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要。只要在需

　　要的地方设置“热点”，并通过高速线路将因特网接入。这样，在“热点”所发射出的电波的覆盖范围内，用户只要将支持无线LAN的笔记本电脑或PDA拿到该区域内，即可高速接入因特网。

　　4、健康安全。IEEE802.11规定的发射功率不可超过100毫瓦，实际发射功率约60毫瓦-70毫瓦，而手机的发射功率约200毫瓦--1瓦间，手持式对讲机高达5瓦。与后者相比，WiFi产品的辐射更小。

　　5、WiF用现在已经非常普遍。支持WiFi的电子产品越来越多，像手机、MP4、电脑等，基本上已经成为了主流标准配置。而且由于WiFi网络能够很好地实现家庭范围内的网络覆盖，适合充当家庭中的主导网络，家里的其他具备WiFi功能的设备，如电视机、影碟机、数字音响、数码相框、照相机等，都可以通过WiFi建立通信连接，实现整个家庭的数字化与无线化，使人们的生活变得更加方便与丰富。

智能家居wifi模块

　　家庭网关模块

　　家庭网关是我们整个网络的核心部件。所有的信息家电以及控制设备都要连接到这个网关上。同时，网关还要与外部Intemet互连。那么网关需要实现WiFi，并提供如TCP/IP、HTIP、WebServer 等高层应用和图形用户界面。完成此功能的协议结构如图2所示。其应用层采用统一设备管理协议，用来进行整个网络中设备的添加、删除、状态查询、参数配置等管理和控制。UDPC采用客户一服务器结构，服务器端位各信息家电和控制设备，客户为家庭网关。

　　家庭网关基于嵌入式Linux进行架构。由嵌入式Linux系统实现WiFi功能，并提供图形用户界面和TCP/IP、HTTP、Web-Server 高层应用。用户可以通过身份鉴别后登录家庭网关，并使用系统提供的图形控制界面对信息家电进行控制和管理。

　　家庭网关同时支持嵌入式Web服务器。当我们合法登录后，就可以使用该服务器提供的Web页面对网络中的各种信息家电进行管理和控制。嵌入式的Web 服务器可选用boa，它是嵌入式Linux下应用最为广泛的HTTP服务器程序，功能全面。并且能够很好的支持CGI技术进行服务器端的扩展。而且boa 支持大家广泛熟悉的C语言来实现CCI程序。

　　家庭网关启动后，完成系统的初始化，并加载相关的服务。将接收到的用户的控制或查询命令进行处理，CCI 程序将命令转换成为UDCP报文，通过WiFi模块发送给网络中的信息家电或控制设备。同时，家庭网关还通过WiFi来接收信息家电的当前状态信息，通过处理后将其反馈给控制设备，以便用户使用。

　　信息家电模块

　　信息家电上的WiFi功能有两种实现模式。一种是信息家电自身带有WiFi功能。这是理想的状态。现在已经有很多家用电器比如电视机、DVD等都已经具备了此功能。第二种是对原本不带WiFi功能的家用电器进行WiFi扩展。可选用Rabbit公司的WiFi核心模块和其相应的开发包进行相关扩展。由于信息家电的高端功能都由家庭网关来完成，所以可以不用实现WiFi的上层协议，只实现对其的控制。

　　信息家电将自身采集到的各种状态信息传递给其自身的或者是扩展的微控制器，微控制器接收到这些数据后将其转换成UDCP报文，并通过WiFi模块将其发送给家庭网关。同时，信息家电还通过WiFi模块接受来自家庭网关的信息，处理后转换成对家电的控制或查询，并将其随后的状态信息由WiFi模块反馈给家庭网关。

　　关于wifi技术在智能家居的应用总结就先到这里了。总而言之，家庭和小型办公网络用户对移动连接的需求是无线局域网市场增长的动力，虽然到目前为止，美国、日本等发达国家仍然是目前WiFi用户最多的地区，但随着电子商务和移动办公的进一步普及，廉价的WiFi，必将成为那些随时需要进行网络连接用户的必然之选。