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        無線WiFi對(duì)家庭供暖的遠(yuǎn)程控制

        2016-12-31 00:00:00張道林韓劍輝蘇璐璐
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年13期

        摘 要:隨著科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展,WiFi技術(shù)已成為當(dāng)前最流行的無線局域網(wǎng)技術(shù),具有組網(wǎng)簡(jiǎn)單、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。通過對(duì)無線WiFi技術(shù)的研究,文章提出了通過無線WiFi技術(shù)對(duì)家庭供暖的遠(yuǎn)程控制方案,本系統(tǒng)通過無線WiFi模塊與STM32之間進(jìn)行信息傳遞,從而達(dá)到遠(yuǎn)程控制室溫的效果??刂葡到y(tǒng)把采集的數(shù)據(jù)信息傳輸給遠(yuǎn)程終端,并將信息上傳到供熱公司,以供熱費(fèi)的計(jì)算或供熱決策的調(diào)整。

        關(guān)鍵詞:WiFi技術(shù);遠(yuǎn)程控制;無線局域網(wǎng);STM32

        引言

        文章所設(shè)計(jì)的智能供暖系統(tǒng)是利用了WiFi網(wǎng)絡(luò),通過使用智能手機(jī)或者平板電腦向智能供暖系統(tǒng)發(fā)送控制信號(hào),由一系列傳感器和控制器實(shí)現(xiàn)指定的操作,實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的智能控制。WiFi的傳輸速率相對(duì)較高,具有比較強(qiáng)的抗干擾的能力,能夠在大多數(shù)環(huán)境中使用,也能夠和有限網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接。

        1 WiFi技術(shù)的介紹和系統(tǒng)組成

        無線WiFi技術(shù)是一種短程的無線傳輸?shù)募夹g(shù),其最大的優(yōu)點(diǎn)在于傳輸速度,在信號(hào)比較弱的地方或者有干擾的情況下可以調(diào)整帶寬,對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性進(jìn)行了有效的保障。它的傳輸距離比較長(zhǎng),開放區(qū)域中,無線的通信距離為305米,使用特殊技術(shù)的話能夠達(dá)到1000米; WiFi可以方便和現(xiàn)有的有線網(wǎng)進(jìn)行整合,降低成本。近幾年來,WiFi在智能家居、移動(dòng)端以及嵌入式等設(shè)備的環(huán)境中使用頻繁。

        無線WiFi系統(tǒng)是由無線接入點(diǎn)(AP),無線控制器和無線網(wǎng)卡三部分組成。無線接入點(diǎn)也就是遠(yuǎn)端基站,是無線進(jìn)行收發(fā)的基本單元,是終端和智能供暖系統(tǒng)直接進(jìn)行無線通信的中轉(zhuǎn)站。無線控制器數(shù)對(duì)無線接入點(diǎn)進(jìn)行管理,組成智能的無線網(wǎng)絡(luò)。無線網(wǎng)卡是無需通過網(wǎng)線連接,直接采用無線對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)慕K端。

        2 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

        WiFi遠(yuǎn)程控制的供暖系統(tǒng)主要完成以下兩大功能:(1)對(duì)多個(gè)房間的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控;(2)通過手機(jī)端對(duì)WiFi設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行修改。

        WiFi遠(yuǎn)程控制的智能供暖系統(tǒng)的主體框架主要包括AP接入點(diǎn)、手機(jī)客戶端和系統(tǒng)終端三大部分,文章主要研究系統(tǒng)終端部分,它由WiFi終端節(jié)點(diǎn)、STM32單片機(jī)和電動(dòng)閥門構(gòu)成。傳感器采集的數(shù)據(jù)利用單片機(jī)通過SPI接口傳送給AP接入點(diǎn),最終達(dá)到實(shí)現(xiàn)有線網(wǎng)和無線網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

        3 詳細(xì)設(shè)計(jì)

        3.1 系統(tǒng)終端的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        手機(jī)端和系統(tǒng)終端之間的通信是由低功耗SimpleWiFi模塊完成的,具體的通信過程由以下兩個(gè)過程組成:

        (1)無線WiFi數(shù)據(jù)傳輸:利用無線WiFi實(shí)現(xiàn)手機(jī)端和系統(tǒng)終端的通信,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用的是單個(gè)AP接入的方式,整個(gè)過程無需外網(wǎng)的接入,降低了成本。

        (2)異步串口的通信:用來連接WiFi模塊和STM32單片機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸,WiFi模塊和STM32單片機(jī)之間的通信采用的是UART協(xié)議,這個(gè)協(xié)議是數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議,主要用到了其中的RS-232和RS-485的串口通信,此協(xié)議是一種低速的通信協(xié)議,應(yīng)用于各個(gè)通信領(lǐng)域。整個(gè)過程是由STM32和WiFi模塊自帶的串口進(jìn)行的,無需其他設(shè)備的輔助,節(jié)約成本。

        通信的具體流程為:在手機(jī)端填寫要進(jìn)行調(diào)整溫度的房間以及要調(diào)成的溫度,然后用手機(jī)發(fā)送請(qǐng)求信號(hào),信號(hào)通過WiFi網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絎iFi的終端節(jié)點(diǎn),接著通過串口把數(shù)據(jù)傳送給STM32單片機(jī),最終由STM32單片機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析,解析為具體的指令,執(zhí)行相應(yīng)的指令以完成指定的功能。

        3.2 Simpwifi模塊設(shè)置

        Simplewifi模塊最簡(jiǎn)單的設(shè)置方式是利用瀏覽器進(jìn)行設(shè)置,具體過程如下:

        (1)模塊上電后復(fù)位引腳與GND相連(模塊恢復(fù)出廠設(shè)置默認(rèn)IP為192.168.2.1)初始用戶名為:admin,密碼為:123456。(2)利用筆記本電腦的無線網(wǎng)卡連接Simplewifi模塊,此時(shí)Simplewifi作為路由器使用,無密碼。(3)打開瀏覽器,然后打開一個(gè)網(wǎng)頁,進(jìn)入到登錄頁面,輸入初始的用戶名和密碼跳轉(zhuǎn)到配置頁面。(4)設(shè)置串口通信的參數(shù)。波特率:

        9600,8位數(shù)據(jù)位,無校驗(yàn)位,1位停止位。(5)修改模塊名與登錄密碼。(6)設(shè)置模塊為服務(wù)器或者為客戶端,傳輸層協(xié)議是UDP通信協(xié)議或者TCP通信協(xié)議。

        4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约皡f(xié)議的選擇

        4.1 WiFi網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇

        WiFi無線網(wǎng)絡(luò)主要有兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),一種是Ad hoc網(wǎng),一種是Infra網(wǎng)。Ad hoc網(wǎng)是自組網(wǎng)的結(jié)構(gòu),在該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中不需要中心AP,可以通過自身來建立網(wǎng)絡(luò)。Infra網(wǎng)是有基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò),必須接入中心的AP才能夠進(jìn)行通信,終端節(jié)點(diǎn)是不能夠通過系統(tǒng)本身的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的。

        我們采用的是Infra網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),智能供暖系統(tǒng)是由單個(gè)AP(WiFi模塊或者家里的路由器)發(fā)起,手機(jī)和系統(tǒng)終端分別接入到本網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)手機(jī)和系統(tǒng)終端的數(shù)據(jù)傳輸。

        4.2 傳輸層協(xié)議的選擇

        TCP協(xié)議是面向連接的可靠傳輸協(xié)議,在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前先要經(jīng)過三次握手建立連接,在通信發(fā)過程中,為了保證數(shù)據(jù)的可靠性,需要對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn),在通信結(jié)束后需要經(jīng)過四次揮手?jǐn)嚅_連接,其主要優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)崿F(xiàn)通信的可靠性,缺點(diǎn)是降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行?。UDP協(xié)議是面向無連接的,傳輸效率比較高,但是不能保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

        鑒于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展,帶寬已經(jīng)足夠?qū)?,使用TCP協(xié)議進(jìn)行通信時(shí)的速度慢的缺點(diǎn)人們已經(jīng)幾乎不能察覺,造不成影響,所以對(duì)于本系統(tǒng)來說選擇TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)手機(jī)與終端設(shè)備間的通信,可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)與終端設(shè)備之間的間接通信。

        5 結(jié)束語

        本系統(tǒng)主要是應(yīng)用在家庭供暖系統(tǒng)的遠(yuǎn)程遙控中,系統(tǒng)的成功實(shí)現(xiàn)主要在于無線WiFi技術(shù)的實(shí)現(xiàn),通過線AP能夠?qū)崿F(xiàn)相對(duì)較遠(yuǎn)距離的無線傳輸,用戶可以通過移動(dòng)終端對(duì)室內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控,并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)整。該系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的速度相對(duì)較快,可靠性有保障,而且安裝快捷,不需要進(jìn)行電纜的鋪設(shè),實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,操作也方便容易,實(shí)現(xiàn)了資源的節(jié)約和熱費(fèi)的節(jié)約,并且能夠合理利用資源,生產(chǎn)效率能夠達(dá)到進(jìn)一步的提高,經(jīng)濟(jì)效益較明顯。伴隨著無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用在全國(guó)范圍內(nèi)不斷擴(kuò)展,該系統(tǒng)的適應(yīng)性及實(shí)用性將有更多的體現(xiàn)。

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