杭州派尼澳電子科技有限公司 吳建鋒杭州電子科技大學(xué) 羅小文

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基于SI4463的新型物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)方式

杭州派尼澳電子科技有限公司 吳建鋒
杭州電子科技大學(xué) 羅小文

【摘要】通過(guò)WIFI控制智能設(shè)備并采集家庭環(huán)境數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了基于SI4463的新型物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)方式，實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信模塊對(duì)家庭WIFI網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展。由數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制單元、無(wú)線網(wǎng)關(guān)、智能手機(jī)終端組成。其中數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制單元由STM32、SI4463無(wú)線通信模塊、設(shè)備模塊和傳感器組成，完成數(shù)據(jù)的收發(fā)、采集和設(shè)備的控制。無(wú)線網(wǎng)關(guān)主要由低功耗WIFI芯片RT5350和SI4463無(wú)線通信模塊組成，完成對(duì)數(shù)據(jù)的處理、接收和發(fā)送。智能手機(jī)終端通過(guò)無(wú)線AP點(diǎn)（Access Point）發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，并由Web瀏覽器進(jìn)行解析和實(shí)時(shí)顯示。

【關(guān)鍵詞】WIFI；web瀏覽器；STM32；SI4463

0　引言

隨著科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展和人民生活水平的提高，家用電器設(shè)備不斷增加,人們對(duì)家的智能化提出了更高的要求,不僅要實(shí)現(xiàn)燈光照明和電動(dòng)窗簾的控制，并要實(shí)現(xiàn)各種電器的控制和檢測(cè)家庭環(huán)境的變化[1]，因此建立家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是必要的也是必須的。無(wú)線WIFI技術(shù)在開(kāi)放性區(qū)域的通訊距離可達(dá)305米，并且傳輸速度較高可達(dá)54Mbps[2]，這使得WIFI廣泛用于家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，但WIFI的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)只有32個(gè)[3]，不足以實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭電器的控制和環(huán)境數(shù)據(jù)的采集，因此對(duì)WIFI的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展是非常必要的。

本文用SI4463無(wú)線通信模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展，SI4463是一款高性能低功耗射頻收發(fā)器，通信距離可達(dá)1500米，輸出功率達(dá)到20dBm，數(shù)據(jù)傳輸速率覆蓋0.123kbps至1Mbps，靈敏度達(dá)到了-126dBm，SI4463接收數(shù)據(jù)的電流為10mA[4]。使用SI4463可以在低功耗的情況下實(shí)現(xiàn)WIFI網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展和無(wú)線覆蓋整個(gè)家庭。

1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文研究針對(duì)SI4463無(wú)線通信模塊對(duì)WIFI網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展。本系統(tǒng)由智能手機(jī)終端、無(wú)線網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制單元三部分組成，其中無(wú)線網(wǎng)關(guān)主要由低功耗WIFI芯片RT5350和SI4463無(wú)線通信模塊組成,數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制單元由STM32、SI4463無(wú)線通信模塊、設(shè)備模塊和傳感器組成。用戶通過(guò)智能手機(jī)的Web瀏覽器輸入控制數(shù)據(jù)，Web瀏覽器將輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析后通過(guò)WIFI發(fā)送到無(wú)線網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心將接收數(shù)據(jù)進(jìn)行解析后通過(guò)SPI總線發(fā)送給SI4463，由SI4463無(wú)線通信模塊發(fā)送給數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制單元，由數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制單元的設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的控制,從而達(dá)到智能手機(jī)控制家庭設(shè)備的目的。同時(shí)數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制單元將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)SI4463無(wú)線通信模塊發(fā)送到無(wú)線網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心將數(shù)據(jù)解析后通過(guò)WIFI發(fā)送給智能手機(jī)，智能手機(jī)通過(guò)web瀏覽器顯示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2　硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以低功耗WIFI芯片RT5350為核心。RT5350是一款高質(zhì)量、小尺寸以及低成本的可編程系統(tǒng)芯片，在一個(gè)單芯片上集成了各種AP Router所需元件，提供了優(yōu)越的無(wú)線解決方案，并且芯片上內(nèi)置了獨(dú)特的封包接收式天線分集技術(shù)，支持802.11nWIFI局域網(wǎng)，具備UART、SPI、I2C等接口[5,6]。

圖2　無(wú)線網(wǎng)關(guān)示意圖

圖3　RT5350與SI4463連接電路

2.1無(wú)線網(wǎng)關(guān)

無(wú)線網(wǎng)關(guān)由低功耗WIFI芯片RT5350、電源供應(yīng)模塊、SI4463無(wú)線通信模塊組成,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。RT5350用處理數(shù)據(jù)并通過(guò)WIFI與智能手機(jī)建立連接，SI4463用于與數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制單元建立無(wú)線通信，RT5350與SI4463通過(guò)SPI總線建立連接,其電路示意圖如圖3所示。

2.2數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制單元

數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制單元由STM32、SI4463無(wú)線通信模塊、設(shè)備模塊和傳感器組成。其中STM32為數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制單元的核心，用于處理傳感器采集的數(shù)據(jù)并控制設(shè)備的運(yùn)行，SI4463無(wú)線通信模塊用于收發(fā)數(shù)據(jù)，STM32與SI4463之間通過(guò)SPI總線進(jìn)行通信。其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4　數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制單元

圖5　軟件設(shè)計(jì)流程圖

3　軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要包括數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制單元、無(wú)線網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制單元的軟件設(shè)計(jì)主要是對(duì)STM32的程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，使STM32控制SI4463進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)、控制傳感器采集數(shù)據(jù)和對(duì)設(shè)備的控制，其流程如圖5(a)所示。無(wú)線網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計(jì)主要是對(duì)RT5350的程序設(shè)計(jì)，使RT5350控制SI4463進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)和通過(guò)WIFI收發(fā)數(shù)據(jù)并對(duì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和處理，其流程如圖5(b)所示。

表1　測(cè)試結(jié)果分析表

圖6　溫度采集顯示圖

4　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為了驗(yàn)證SI4463對(duì)WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展,本實(shí)驗(yàn)使用了5片SI4463無(wú)線通信模塊（一片用于無(wú)線網(wǎng)關(guān)，剩下的四片用于數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制單元）、一片RT5350（帶有WIFI）、4片STM32、四片溫度傳感器（DS18B20）、4片MQ-2氣敏式煙霧傳感器、8個(gè)紅外發(fā)射器（每個(gè)數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制單元兩個(gè)控制實(shí)驗(yàn)室的兩臺(tái)空調(diào)）和兩盞LED小燈，在實(shí)驗(yàn)室局域網(wǎng)內(nèi)對(duì)一個(gè)WIFI網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)下擴(kuò)展的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的可靠性進(jìn)行了測(cè)試。對(duì)設(shè)備控制測(cè)試結(jié)果如表1所示。對(duì)溫度的采集測(cè)試如圖6所示，圖中空調(diào)顯示的室溫為19度，溫度傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)在手機(jī)瀏覽器中顯示，房間為對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制單元。

5　結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)，是基于現(xiàn)在家庭設(shè)備不斷增加的現(xiàn)狀而提出，充分利用了WIFI和SI4463無(wú)線通信模塊，增加對(duì)家庭設(shè)備的控制同時(shí)采集更多的家庭環(huán)境數(shù)據(jù)，讓人們能更加好的控制家庭的設(shè)備和了解家庭的環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

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[6]袁新娣,李秋生.基于RT5350的嵌入式無(wú)線視頻數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].安徽大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,38(06):60-65.

吳建鋒（1981－），男，浙江文成人，博士，工程師，現(xiàn)供職于杭州派尼澳電子科技有限公司，研究方向：智能家居及照明控制領(lǐng)域。

羅小文（1988－），男，江西吉安人，碩士，現(xiàn)就讀于杭州電子科技大學(xué)，研究領(lǐng)域：智能家居及嵌入式應(yīng)用。

Achieve home WIFI network node expansion based on SI4463

Wu Jianfeng1Luo Xiaowen2
(1.Hangzhou Pioneer Electronic Technology Co. Ltd,Hangzhou 310018,,Zhejiang, China; 2.Electronic and Information Engineering, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, Zhejiang, China)

Abstract:Through the WIFI control of intelligent equipment and collection of family environment data, the design of a new networking mode based on SI4463, to achieve the expansion of wireless communication module for the family WIFI network nodes.The design consist of data acquisition and device control unit, wireless gateway , smart phone terminal.The data acquisition and control unit is composed by STM32, SI4463 wireless communication module, the device module and sensors, which can handle, receive or send data and control device.The wireless gateway mainly composed by low power consumption WIFI chip RT5350 and SI4463 wireless communication module,which can process,send or receive data. Smart mobile terminals send and receive data via a wireless AP Point, parse and display in real time by the Web browser.

Key words:WIFI; Web Browser; STM32; SI4463

作者簡(jiǎn)介：