黃思淮 王金剛 南京工程學(xué)院

1 基于WIFI方式的無線開關(guān)智能模塊工作原理及模式

1.1 softAP

在基于WIFI方式的無線開關(guān)智能模塊當(dāng)中，其具有一種與手機開啟熱點極為相近的功能模式即softAP，其功能基本與AP一致，但相對于AP廣闊的覆蓋范圍，其覆蓋面相對較小。softAP支持通過對無線網(wǎng)卡進行更換的升級方式，且對接口要求并不高，智能手機、個人電腦等均可以作為其接口，在與WIFI網(wǎng)絡(luò)相互連接下，便可以構(gòu)成一個完整的局域網(wǎng)，使得其他各設(shè)備也可以連接至網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。

1.2 station

Station工作模式也是此種基于WIFI方式的無線開關(guān)智能模塊中比較常用的一種工作模式，其功能接近筆記本電腦當(dāng)中的無線網(wǎng)卡。通過將各設(shè)備網(wǎng)絡(luò)熱點與智能芯片相互連接，利用路由器便可以將所有智能開關(guān)一并連接至網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。此時手機移動客戶端借助云端服務(wù)器便可以自由完成各項信息數(shù)據(jù)的上傳下載和交互處理。通過將智能開關(guān)連接家庭個人WIFI網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，不僅可以有效保障網(wǎng)絡(luò)具有較高的安全穩(wěn)定性，同時也有助于節(jié)約成本費用。在將智能手機作為用戶端時，APP端將負(fù)責(zé)完成控制家居電器開斷等控制指令的遠(yuǎn)程發(fā)送，進而實現(xiàn)對家居電器的遠(yuǎn)程智能控制。

1.3 共存模式

為了能夠進一步提高基于WIFI方式的無線開關(guān)智能模塊的應(yīng)用效果，除了單純使用上述兩種工作模式之外，還可以通過將二者相互整合，及運用softAP和station相互共存的模式。通過實現(xiàn)兩種模式的優(yōu)勢互補，以此有效提高無線開關(guān)智能模塊的經(jīng)濟性和有效性。此種模式在工作中，通過以智能芯片為熱點，使得其他設(shè)備也可以連接至組網(wǎng)當(dāng)中，在WIFI信號的作用下，與云端服務(wù)器相互連接，此時智能手機移動客戶端發(fā)送的控制指令便可以經(jīng)由云端服務(wù)器直接傳輸至各相關(guān)設(shè)備當(dāng)中，以此有效完成對家居電器的遠(yuǎn)程開斷等智能控制。此時家居電器的開關(guān)狀態(tài)以及其他相關(guān)信息也將一并反饋回智能手機移動客戶端處。本文在設(shè)計基于WIFI方式的無線開關(guān)智能模塊當(dāng)中，便通過將包括智能手機等在內(nèi)的用戶設(shè)備作為連接智能芯片的station的softAP接口，在對利用路由器連接至網(wǎng)絡(luò)中的這一接口進行有效控制，即可在確保網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)對家居電器開關(guān)的遠(yuǎn)程智能控制。

2 基于WIFI方式的無線開關(guān)智能模塊設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

本文在對基于WIFI方式的無線開關(guān)智能模塊進行設(shè)計的過程中，在其硬件部分選擇使用采用電壓驅(qū)動方式的且擁有一組100mΩ接觸電阻的常開觸點，其觸點負(fù)載為15A/250VAC，切換電流及其功率的最大值可以分別達到15A和3750V。技能能夠滿足基于WIFI方式的無線開關(guān)智能控制模塊的驅(qū)動需求。在電源模塊當(dāng)中，本文通過設(shè)計選擇使用具有較高進精度的AMS1117，其通過實現(xiàn)過熱保護以及限流電路成功集成，不僅具有質(zhì)量輕、體積小的重要優(yōu)勢，同時也大大增加了電源模塊工作的安全性。

作為該智能模塊最為重要的部件，在智能芯片的設(shè)計中，因考慮到ESP8266 WIFI芯片中的處理器功耗極低，CPU時鐘速度較高，并且支持包括802.11 b/g/n/e/i等在內(nèi)的眾多WIFI通訊協(xié)議。因此選擇將其作為該WIFI智能模塊的核心芯片。在這一智能芯片當(dāng)中同時擁有主動和被動掃描功能，因此當(dāng)其在成功接收到啟動指令后便可以自主完成指令執(zhí)行。在管理執(zhí)電源時，幾乎不與主機進行互動，因此可以有效節(jié)約工作時間實現(xiàn)快速精準(zhǔn)反映，在順利完成對家居電器開關(guān)的遠(yuǎn)程智能控制下還可以達到控制功耗的目的。系統(tǒng)在工作過程中，依托現(xiàn)有的WIFI網(wǎng)絡(luò)，智能手機移動客戶端將把用戶端和云端服務(wù)器連接在一起，待后者成功接受后通過WIFI發(fā)送，由該智能芯片的內(nèi)置天線經(jīng)由802.11.b協(xié)議完成指令接收。此時芯片將自動調(diào)整至softAP + Station模式，在芯片中的內(nèi)置CPU成功解碼分析接收的指令信息后，解碼信息將被轉(zhuǎn)換成電平信號形式并及時反饋到繼電器模塊中，進而因其GPIO引腳動作，以此對連接著外部電路的各類家居電器開關(guān)進行遠(yuǎn)程控制。此時通過電平信號，各類家用電器開關(guān)狀態(tài)信息將被傳輸回該智能芯片中，由其負(fù)責(zé)進行打包處理后利用WIFI信號重新傳輸給云端服務(wù)器。并最終利用WIFI網(wǎng)絡(luò)或是移動通訊網(wǎng)絡(luò)將經(jīng)過打包的家居電器開關(guān)信息傳輸并顯示在用戶智能手機的移動客戶端當(dāng)中。由于本文在設(shè)計基于WIFI方式的無線控制智能模塊中采用了softAP與Station模式相互共存的模式，因此不僅可以通過WIFI信號和無線路由器完成對各家居電器開關(guān)的遠(yuǎn)程集中控制，同時也支持智能手機通過連接移動通訊網(wǎng)絡(luò)如4G網(wǎng)等實現(xiàn)直連，進而遠(yuǎn)程控制連接著外部電路的各家居電器開關(guān)。

2.2 軟件設(shè)計

本文在設(shè)計基于WIFI方式的無線開關(guān)智能模塊的軟件部分中，采用了嵌入式程序設(shè)計理念，通過利用由文本編輯器和Lua解釋器及其編譯器共同構(gòu)成的開發(fā)環(huán)境，直接完成相關(guān)程序代碼的編寫工作。而考慮到各操作系統(tǒng)的編輯器不盡相同，因此使得編輯器版本之間也千差萬別。為此，本文在設(shè)計過程中選擇了具有操作簡便、適用范圍廣泛等優(yōu)勢特征的Notepad編輯器。在文本編輯器當(dāng)中其需要編輯的文件即源文件中含有程序源代碼，因此通過直接利用Lua解釋器便可以同步完成Lua命令的輸入和執(zhí)行，并且在出現(xiàn)錯誤的情況下可以自動停止執(zhí)行命令程序。在實際運行中，當(dāng)TCP成功處于連接狀態(tài)后，softAP模塊將負(fù)責(zé)對各傳感器采集得到的電流、電壓等參數(shù)進行統(tǒng)一檢測和分配、存儲，隨后利用WIFI信號直接將其傳輸至云端服務(wù)器中。WIFI模塊在開始運行后，首先需要智能控制模塊的工作模式進行相應(yīng)設(shè)置，如果sation成功連接，則需要對靜態(tài)IP以及端口號進行相應(yīng)設(shè)置，此時將出現(xiàn)大約1s的延時情況。在現(xiàn)實DHCP配置完成后模塊將自動進行Espcon.n參數(shù)設(shè)置并注冊連接回調(diào)參數(shù)，隨后通過依次完成TCP偵聽建立、接收客戶端數(shù)據(jù)以及判別數(shù)據(jù)類型后，如果為傳感器傳來的信息，則直接進行數(shù)據(jù)的存儲和反饋即可。而如果為指令類數(shù)據(jù)，則模塊將在WIFI信號下直接發(fā)出控制指令實現(xiàn)對家電開關(guān)的遠(yuǎn)程控制。

3 結(jié)束語

本文通過對基于WIFI方式的無線開關(guān)智能模塊進行分析研究，指出其通過利用WIFI信號進行傳輸，不僅可以具備較高的傳輸速率和傳輸質(zhì)量，同時也可以達到控制成本、降低能耗的效果。但由于受到篇幅限制和筆者自身學(xué)識的影響，本文并未對設(shè)計的基于WIFI方式的無線開關(guān)智能模塊的實際應(yīng)用成效展開相關(guān)研究，因此研究還存在實踐性不足的問題，有待日后的進一步改進。