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 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 羅小文

【摘要】通過WIFI控制智能設(shè)備并采集家庭環(huán)境數(shù)據(jù)，設(shè)計了基于SI4463的新型物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)方式，實現(xiàn)無線通信模塊對家庭WIFI網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行擴展。由數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制單元、無線網(wǎng)關(guān)、智能手機終端組成。其中數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制單元由STM32、SI4463無線通信模塊、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。無線網(wǎng)關(guān)主要由低功耗WIFI芯片RT5350和SI4463無線通信模塊組成，完成對數(shù)據(jù)的處理、接收和發(fā)送。智能手機終端通過無線AP點（Access Point）發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，并由Web瀏覽器進行解析和實時顯示。

【關(guān)鍵詞】WIFI；web瀏覽器；STM32；SI4463

0　引言

隨著科學技術(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,人們對家的智能化提出了更高的要求,不僅要實現(xiàn)燈光照明和電動窗簾的控制，并要實現(xiàn)各種電器的控制和檢測家庭環(huán)境的變化[1]，因此建立家庭無線網(wǎng)絡(luò)是必要的也是必須的。無線WIFI技術(shù)在開放性區(qū)域的通訊距離可達305米，并且傳輸速度較高可達54Mbps[2]，這使得WIFI廣泛用于家庭無線網(wǎng)絡(luò)，但WIFI的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點只有32個[3]，不足以實現(xiàn)對家庭電器的控制和環(huán)境數(shù)據(jù)的采集，因此對WIFI的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行擴展是非常必要的。

本文用SI4463無線通信模塊實現(xiàn)對WIFI無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的擴展，SI4463是一款高性能低功耗射頻收發(fā)器，通信距離可達1500米，輸出功率達到20dBm，數(shù)據(jù)傳輸速率覆蓋0.123kbps至1Mbps，靈敏度達到了-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現(xiàn)WIFI網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的擴展和無線覆蓋整個家庭。

1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文研究針對SI4463無線通信模塊對WIFI網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的擴展。本系統(tǒng)由智能手機終端、無線網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制單元三部分組成，其中無線網(wǎng)關(guān)主要由低功耗WIFI芯片RT5350和SI4463無線通信模塊組成,數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制單元由STM32、SI4463無線通信模塊、設(shè)備模塊和傳感器組成。用戶通過智能手機的Web瀏覽器輸入控制數(shù)據(jù)，Web瀏覽器將輸入的數(shù)據(jù)進行解析后通過WIFI發(fā)送到無線網(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)進行解析后通過SPI總線發(fā)送給SI4463，由SI4463無線通信模塊發(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)備進行相應(yīng)的控制,從而達到智能手機控制家庭設(shè)備的目的。同時數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制單元將采集的數(shù)據(jù)通過SI4463無線通信模塊發(fā)送到無線網(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WIFI發(fā)送給智能手機，智能手機通過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

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，在一個單芯片上集成了各種AP Router所需元件，提供了優(yōu)越的無線解決方案，并且芯片上內(nèi)置了獨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　無線網(wǎng)關(guān)示意圖

圖3　RT5350與SI4463連接電路

2.1無線網(wǎng)關(guān)

無線網(wǎng)關(guān)由低功耗WIFI芯片RT5350、電源供應(yīng)模塊、SI4463無線通信模塊組成,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。RT5350用處理數(shù)據(jù)并通過WIFI與智能手機建立連接，SI4463用于與數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制單元建立無線通信，RT5350與SI4463通過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)備的運行，SI4463無線通信模塊用于收發(fā)數(shù)據(jù)，STM32與SI4463之間通過SPI總線進行通信。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)計流程圖

3　軟件設(shè)計

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

表1　測試結(jié)果分析表

圖6　溫度采集顯示圖

4　實驗結(jié)果分析

為了驗證SI4463對WIFI無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點擴展,本實驗使用了5片SI4463無線通信模塊（一片用于無線網(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個紅外發(fā)射器（每個數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制單元兩個控制實驗室的兩臺空調(diào)）和兩盞LED小燈，在實驗室局域網(wǎng)內(nèi)對一個WIFI網(wǎng)絡(luò)節(jié)點下擴展的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的可靠性進行了測試。對設(shè)備控制測試結(jié)果如表1所示。對溫度的采集測試如圖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)在手機瀏覽器中顯示，房間為對應(yīng)的數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制單元。

5　結(jié)束語

本文設(shè)計的智能家居系統(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無線通信模塊，增加對家庭設(shè)備的控制同時采集更多的家庭環(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

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[5]袁新娣,李秋生.基于RT5350的嵌入式無線視頻數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].安徽大學學報(自然科學版),2014,06:60-65.

[6]袁新娣,李秋生.基于RT5350的嵌入式無線視頻數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].安徽大學學報(自然科學版),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，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

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