基于WiFi的智能家居产品研究与设计

发布时间：2020-04-12 08:44

【摘要】：随着经济的飞速发展,人们对家居生活的要求越来越高,这给智能家居的发展带来了机会。智能家居满足了人们的需求,实现家用电器等设备智能化,从而摆脱传统的家电工作方式。人们出门在外,只要家里安装了安防监控,就能随时随地通过手机观察家中的情况。不仅如此,还可以通过网络智能控制家用电器开关,人在回家途中,就能开启控制,打开电饭锅煮饭。回到家可以即刻享受到晚餐,这便有了非常舒适的居住环境。这些都是智能家居给我们生活带来的变化。以前也有些智能家居,只是以前的智能家居都是通过网线来布置,并且控制比较分散,布线较为繁琐。如果利用WiFi通信技术,使得家用设备连接在一起,并通过连接到以太网,这样就能实现远程控制智能家居。并且WiFi技术是通过无线的方式连接,节省了布线的人力、物力和财力。完美的解决了传统智能家居的瓶颈问题。本文在分析当前国内外智能家居控制系统发展现状的基础上针对目前智能家居控制系统存在高成本,高复杂性等问题,设计了一款基于WiFi的智能家居网关控制系统。该网关解决了传统智能家居控制系统中移动性差、系统复杂、成本高昂等缺点,将WiFi技术、ZigBee组网技术、以太网通信技术结合起来,使得智能家居系统网关具备灵活多变的控制方式。人们可以通过智能手机、PC机、平板电脑等设备对智能家居进行操控。只要能连接到互联网的通信设备,就可以通过发送指令的方式控制家庭当中的家电,或者监控家庭家电的设备状态,从而提高人们的生活环境与生活质量。要使家用电器能够实现与以太网连接,与智能手机连接,这就必须具备无线WiFi功能。在本系统当中,注重WiFi的性能测试,无线天线的调试和匹配技术,电路设计当中需要注意的事项以及PCB layout电源设计,信号完整性设计,射频网络布线设计等。从而提高WiFi的通信距离、稳定性以及智能家居产品的使用性。
【图文】：

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前面一个章节阐述了智能家居行业的发展情况以及关于 WiFi 无线通信技术的一些基本知识点，同时阐明了基于 WiFi 通信技术下的智能家居的发展意义。如何利用 WiFi网络通信技术实现对智能家居的联网控制显得十分重要，这就需要有良好的 WiFi 通信技术水平。本章基于实现智能家居 WiFi 无线网关控制系统的设计需求，阐述设计原理，以及对于 WiFi 的射频部分如何设计、调试，以及测试的相关指标进行了详细的阐述。3.1 智能家居系统设计需求分析为了使整个智能家居系统能够更加智能化、网络化，解决传统家居的布线复杂性以及不稳定性。提出了基于 WiFi 无线通信技术实现智能家居的控制，智能家居当中的家用设备都是具有 ZigBee 或者蓝牙或者 WiFi 的，如何能将这些 ZigBee 和蓝牙控制的智能家居系统连接到互联网呢，这就要求必须要建立一个网关。本设计就是建立起一个智能家居的网关，由于国外的很多智能家居设备都是采用 ZigBee 进行组网的，所以在制作网关的同时，需要兼容 ZigBee 的功能，而蓝牙设备由于它的通信距离比较短，在智能家居的设备当中运用的相对较少，因此本系统设计需要带 ZigBee 组网功能。

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图 3.2 整体设计原理图3.3.1 WiFi 芯片选型在对芯片进行选型时，选择大的供应商会相对靠谱，制作出来的芯片质量也会相对稳定，因此针对 MTK 有两款 WiFi 芯片：(1) RT5350：这是一款 1T1R 802.11n 芯片，一般是用来制作路由器的，它有 5 个网口，速度为 10/100M 以太网，内部有集成 USB 功能，150Mbps PHY 数据传输速率，同时 CPU 运行的频率为 360MHZ，内部有 32KB I cache/16KB D cache.并且拥有多个 GPIO口，以及 I2C、I2S 和串口以及烧入口 JATG。主电源采用 3.3V 供电。该芯片的封装采用 TFBGA 196，芯片价格也实惠，但是有一个缺点，该芯片的耗电高，发热量大，芯片运行一段时间后，明显发烫，设计结构上需要良好的散热才行。否则容易因为过热而重启[17]。具体功能结构图如图 3.3 所示。(2) MT7620A：这款 MCU 兼容 802.11n，工作的频率为 580MHZ，也有 5 个网口，一般也是用来做路由器的，但是这款芯片具有 2 个天线，是 2T2R 的 WiFi 芯片。内部有 64KB I-Cache 和 32KB D-Cache，具有 300Mbps PHY 速率，，由于它的数据传输比较快，
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU855;TN92

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