無線WiFi對家庭供暖的遠(yuǎn)程控制

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)簡單、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。通過對無線WiFi技術(shù)的研究，文章提出了通過無線WiFi技術(shù)對家庭供暖的遠(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，由一系列傳感器和控制器實(shí)現(xiàn)指定的操作，實(shí)現(xiàn)對溫度的智能控制。WiFi的傳輸速率相對較高，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，在信號比較弱的地方或者有干擾的情況下可以調(diào)整帶寬，對網(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，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)送請求信號，信號通過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浴DP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)相對較遠(yuǎn)距離的無線傳輸，用戶可以通過移動(dòng)終端對室內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對溫度進(jìn)行調(diào)整。該系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的速度相對較快，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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