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无线wifi模块厂家以2.4G和ZigBee物联网应用智能家居控制

发布日期:2021-11-30  浏览次数:2426
无线wifi模块厂家以2.4G和ZigBee物联网应用智能家居控制,为了进一步降低智能家居成本和功耗,提高智能家居的控制方式,设计了基于2.4G和ZigBee的智能家居系统。它包括云服务器、网关节点、2.4G的远程遥控节点和ZigBee传感器网络等。它将节点收集到的数据通过WiFi上传到云服务器和手机App显示,通过手机App或2.4G遥控模块实现对ZigBee各个节点的远程控制,实现安防,环境监测,远程遥控开关,智能灯光调节等功能。实验结果表明,这种智能家居控制系统简单可行,成本低,功耗低,开发简单,扩展容易推广。由于灵活、便携和较低的安装成本,无线智能家居正逐渐流行起来。本文介绍了一种智能家居控制系统,它能方便地根据需要对家用电器进行远程管理与控制,为人们提供一个安全、舒适、高效的生活环境。ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术,主要应用于短距离、低功耗和低传输速率的场合以及典型的周期数据;同时,由于反应时间短、数据传输不连续等特点,特别适合小型电子设备的无线控制指令传输。现在的无线wifi模块厂家ZigBee智能家居控制方案有很多种,比如PC上位机、嵌入式图形界面GUI(graphicaluserinterface)、云服务器等。但是,这些交互方式都存在一些问题:PC上位机需要通过接线与网关连接,从而降低了网关的移动性,因为大部分时间网关都是空闲待机,应用嵌入式GUI无形中增加了设备的开发成本和不必要的功耗,造成资源的浪费等等;单用云服务器交互,无疑是对网络质量的依赖,减少系统的稳健性。所以,设计一套低成本、低功耗、高鲁棒性、易于实现的智能家居系统显得尤为重要。

智能家居系统的方案设计,利用ARM和ZigBee技术,设计了一种基于ARM和ZigBee的智能家庭远程监测系统,利用ARM11处理器移植Linux开发网关,并利用无线wifi模块厂家ZigBee和TD-LTE无线终端系统。通过4G网络与ZigBee进行交互,利用触摸屏将用户手机的状态信息和家庭设备发送的信息显示出来,用户可以很容易地输入相应的指令来控制家庭设备。一种基于网络和GSM的智能家庭控制系统。它包括无线wifi模块厂家ZigBee模块、树莓派、智能插头和GSM调制解调器,用户可以通过网络或GSM对家庭设备进行远程灵活的监控。基于ZigBee和WiFi的智能家居系统,采用ST作为主处理器,通过公司芯片组成ZigBee无线传感器网络。通过智能终端设备与WiFi模块进行通讯,以太网模块可将网关连到因特网上,从而实现室内的远程监控。针对以上问题,本文设计了一个基于2.4G和ZigBee的智能家居系统,以达到进一步降低成本、功耗、增加控制的目的。它包括云服务器、网关节点、2.4G远程遥控节点和ZigBee传感器网络。Gateway主要负责ZigBee传感器网络与云服务器和远距离的数据交互;无线wifi模块厂家ZigBee传感网络由协调网和子结点组成,通过Z-Stack协议栈构成星形网络进行无线数据传输。烟幕传感器和温度湿度传感器负责家庭环境监测;红外热释电传感器负责家庭安全监测[7];非智能设备用继电器模块进行远距离开关;灯光控制节点用太阳能电池板和红外热释放电感传感器来实现智能灯光调节。每个子结点将采集到的数据通过网关上传到云服务器,云数据与手机App同步,而App(2.4G遥控)控制指令通过WiFi模块(2.4G遥控)传给网关处理后,并通过协调机构发送给相应的终端节点,实现对各个子节点的监控。2.4G遥控器相对于传统的红外线、蓝牙等遥控器有许多优势[8],不仅传输距离远,而且消除了定向等问题。利用2.4G遥控器与网关进行交互,可进一步降低成本、功耗,实现人机交互功能,提高产品性能。

硬件主要包括网关模块、ZigBee模块和2.4G远程控制模块。网关模网关模块由S主控制器、无线wifi模块厂家WiFi模块、ZigBee协调模块和2.4G接收机组成。主控制器采用S低成本,高性能32位微处理器;WiFi模块以乐鑫科技ESP8266模块为核心;X是一款自带2.4G高速无线收发模块的单片机,集成了RF收发器、频率发生器、晶振、GFSK调制解调器等功能模块。采用SPI/IIC接口,可灵活配置输出功率、通道、协议,内建CRC、FEC、自动应答、自动重发等功能,大大简化了系统设计,优化了性能。该模块采用全电路方式设计,用户只需简单地连接电源、地线、MOSI、MISO、CS、CLK等6条线就可使用。该模块采用微带线,传输距离超过50米,具有体积小、功耗低、收发灵敏度高、价格低廉等优点。

ZigBee子节点模块入侵检测采用H红外热释电模块,烟雾报警器采用M可燃气体传感器模块;温湿度监测采用D温湿度传感器;继电器开关节点采用多路继电器模块;照明模块由太阳能电池板组成,热电传感器和LED灯组成。

遥控器采用同型号的2.4G芯片X为主控单元,矩阵键盘为控制输入,电池供电。系统软件设计网关程序设计网关上电后相应硬件初始化。该协调程序选择一个PANID(personalareanetworkID),该协调程序在该节点加入网络时分配地址,然后开始接收数据。协调程序接收的数据由S通过WiFi上传到云服务器;WiFi/2.4G模块接收指令由S通过协调程序发送到相应节点。

ZigBee子节点编程,将NV_RESTORE=1宏定义添加到预编译选项中,以便在子节点断网重新连接之后,协调者在协调器之前分配的短地址保持不变,协调者可以继续使用该地址进行点播通信。感应点的时序采集传感器数据的上传;继电节点的睡眠等待协调器消息;灯控节点有4种采用PWM调光方式的亮灯模式,按指令进行模式切换。以下4种模式:模式1为缺省模式,夜间,人体感应时微亮20s;模式2夜亮,人体感应时亮20s;模式3常亮;模式4关闭人体感应并关灯。3.32.4G远程控制和接收程序的设计,由于ZigBee和WiFi都是2.4G频段,因此2.4G模块采用了无线wifi模块厂家WiFi和ZigBee间隔信道跳频通信,以降低信道干扰,提高通信质量。远程遥控上电休眠,通过按键触发唤醒,检测到按键发送相应数据包,检测到按下结束后立即进入睡眠状态,以实现超长待机的低功耗。接收端上电进接收方式,如在指定时间内接收正确数据,由SPI传送至S处理,否则可立即重新接收通道。
云服务器和应用程序的软件设计系统选择云物联网云平台,通过WiFi模块与云服务器进行连接。注册平台并添加自己的数据点之后,生成的代码包被移植到网关代码中,WiFi模块需要烧录它的官方固件,这样无线wifi模块厂家WiFi模块就可以自动连接到路由和云平台;使用它的官方App就可以对设备进行远程监控和管理。

为了测试系统的无线数据传输质量,评估系统可靠性,对建筑物存在障碍时的丢包率测试。为了仿真家庭环境中ZigBee节点的分布,将测试节点置于距离网关50m以内的不同位置,并利用App和2.4G遥控器,实现远程控制。手机App控制方式的丢包率随距离的增加几乎为0,反映了物联网的优越性,但这也取决于网络质量,如果网络不稳定,则会增加丢包率。不像App控制方式,2.4G远程控制方式不依赖网络,在20m以内丢包率为0,在20m~50m之间,丢包率为1%,随着距离的持续增加,丢包率会进一步增加。

总的来说设计达到了要求,能够很好地实现智能家居系统的控制。采用无线wifi模块厂家Zigbee构造星型传感器网络,使其成为家庭感知网络和用户之间的一座桥梁;2.4G遥控器和手机App遥控器可让用户通过云服务器轻松实现家庭远程控制,实现家庭设备的高效遥控,这样既减轻了室内局部布线的麻烦,又大大降低了成本和功耗。经试验表明,该系统性能稳定可靠,成本低,功耗低,开发简单,便于扩展和推广,能满足用户对智能家居的需求。
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