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Microchip WIFI 无线控制的智能家居方案

我爱方案网| 智能家居,WIFI| 2013-02-10
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【导读】相比较传统智能家居系统采用的有线布网方式,WIFI技术的应用则减少布线麻烦,具有更好的可扩展性、移动性。采用无线智能控制模式是智能家居发展的必然选择。 本文以Wi-Fi Power Control Box为例,讲解MRF24WB0M在智能家居中的应用…

当前,智能家居产业也正如火如荼的进行,可以预见,未来智能家居的发展,将不再局限于家电设备、灯光等遥控的控制,嵌入式智能终端、无线WIFI技术,以 及Internet的广泛 应用必将使家居控制变得更加自动化、智能化和人性化,必将改变传统智能家居的模式,把智能家居推上一个快速发展的舞台。

一、WIFI技术原理及应用

WiFi全称 Wireless Fidelity,它的最大优点就是传输速度较高,可以达到54Mbps,另外它的有效距离也很长,其主要特性为:速度快、可靠性高,在开放性区域,通讯 距离可达305米;在封闭性区域,通讯距离为76米到122米,方便与现有的有线以太网络整合,组网的成本更低,Wi-Fi技术突出的优势在于:
其一,无线电波的覆盖范围 广,WiFi的半径则可达100米,办公室自不用说,就是在整栋大楼中也可使用。

其二,传输速度非常快,可 以达到11mbps,符合个人和社会信息化的需求。

它与有线网络相较之下,有许多优点:

无需布线:WiFi最主要的优势在于不需要布线,可以不受布线条件的限制,因此非常适合移动办公用户的需要,具有广阔市场前景。目前它已经从传统的医疗保 健、库存控 制和管理服务等特殊行业向更多行业拓展开去,甚至开始进入家庭以及教育机构等领域。

健康安全:无线网络使用方式并非像手机直接接触人体,应该是绝对安全的。

简单的组建方法

一般架设无线网络的基本配备就是无线网卡及一台 AP,如此便能以无线的模式,配合既有的有线架构来分享网络资源,架设费用和复杂程序远远低于传统的有线网络。如果只是几台电脑的对等网,也可不要AP, 只需要每台电脑配备无线网卡。AP为AccessPoint简称,一般翻译为“无线访问节点”,或“桥接器”。它主要在媒体存取控制层MAC中扮演无线工 作站及有线局域网络的桥梁。有了AP,就像一般有线网络的Hub一般,无线工作站可以快速且轻易地与网络相连。特别是对于宽带的使用,WiFi更显优势, 有线宽带网络(ADSL、小区LAN等)到户后,连接到一个AP,然后在电脑中安装一块无线网卡即可。普通的家庭有一个AP已经足够,甚至用户的邻里得到 授权后,则无需增加端口,也能以共享的方式上网。

长距离工作

别看无线WiFi的工作距离不大,在网络建设完备 的情况下,802.11b的真实工作距离可以达到100米以上,而且解决了高速移动时数据的纠错问题、误码问题,WiFiI设备与设备、设备与基站之间的 切换和安全认证都得到了很好的解决。

总而言之,家庭和小型办公 网络用户对移动连接的需求是无线局域网市场增长的动力。

二、Microchip WIFI产品概述

Microchip的 MRF24WB0MA和MRF24WB0MB是符合2.4 GHz IEEE标准802.11的低功耗表面贴装模块,含有所有相关的RF元件——晶振、带集成MAC的旁路和无源偏置电路、基带、RF和功率放大器,以及支持 AES和TKIP(WEP、WPA和WPA2安全性)的内置硬件。集成式模块设计使设计人员可以免去RF与天线设计任务以及合规性测试,从而最终缩短上市 时间。MRF24WB0MA模块经批准可以与集成的PCB螺旋天线配合使用。MRF24WB0MB 附带超小型同轴连接器(U.FL), 经批准可以与一系列通过预先认证的天线配合使用。MRF24WB0MA/MRF24WB0MB模块设计为与Microchip的 TCP/IP 软件协议栈配合使用。该软件协议栈集成有驱动程序,其实现的API在模块中用于命令和控制,以及管理和数据包流量。模块与运行TCP/IP协议栈的PIC 组合在一起可支持IEEE标准802.11和IP服务。 这样便可立即实现无线Web服务器。在美国 (FCC)、 加 拿 大 (IC)及欧洲 (ETSI),

MRF24WB0MA/MRF24WB0MB 模块都获得了模块化器件的法规批准。模块化批准消除了对昂贵的 RF 和天线设计的需求,允许最终用户将模块放置于成品中,而无需进行针对人为辐射体(RF 发送器)的法规测试。这两种模块也通过了日本的无线电类型批准认证。

三、Microchip WIFI硬件方框图:
 
3.1 MRF24WB0MA方框图
3.1 MRF24WB0MA方框图
3.2 MRF24WB0MA/MRF24WB0MB接口说明

MRF24WB0MA/MRF24WB0MB 通过一个四线串行从动SPI接口(产生中断、冬眠(Hibernate) 、复位、电源和接地信号)与Microchip PIC18、PIC24、dsPIC33 或 PIC32 单片机连接。模块运行在标称值为 3.3V 的单电源电压上。还支持可选JTAG 和串行调试功能以实现可测试性。调试端口工作在 3.3V,需要一个电平转换器才能与 RS-232 设备配合工作。
 

四、Microchip WIFI产品特性:
○ 符合IEEE标准 802.11 的 RF收发器
○ 惟一的序列化MAC 地址
○ 数据速率:1 和2 Mbps
○ 兼容IEEE标准 802.11b/g/n
○ 小尺寸:21 mm x 31 mm 的 36 引脚表面贴装模块
○ 集成的PCB 天线 (MRF24WB0MA)
○ 可选配备超小型同轴(U.FL)连接器的外部天线(MRF24WB0MB)
○ 范围:最大400 米(1300 英尺)
○ 易于集成到最终产品中——加快产品开发,缩短上市时间
○ 单一工作电压:2.7V–3.6V (典型值为3.3V)
○ 温度范围:-20? C至+85? C(扩展商业级)
○ 简单的带中断的4 线 SPI 接口
○ 工作于ISM波段 2.400–2.484 GHz
○ 可对14 个信道进行分别选择或域限制
○ DSSS调制
○ 数据速率——1000 kbps
○1 Mbps 时的典型灵敏度为-91 dBm
○ 使用控制功能时的典型输出功率为+10 dBm
○ 集成的低相位噪声VCO、RF频率合成器、PLL 环路滤波器和PA
○ 数字 VCO和滤波器校准
○ 集成的 RSSI ADC 和 I/Q DAC,主机可获取 RSSI读数
○ 平衡的接收器和发射器特性,适用于低功耗应用MAC/基带特性:
○ 硬件 CSMA/CA访问控制、自动ACK 和FCS创建与检查
○ MAC数据包自动重发
○ 硬件安全引擎 (基于AES和 RC4 的加密)
○ 支持 802.1x 和 802.1i 安全性:WEP、WPA-PSK和 WPA-2-PSK
○ 低电流:
- 接收 (RX)模式——85 mA (典型值)
- 发送 (TX)模式——154 mA (+10 dBm典型值)
- 休眠——250 μA(典型值)
- 冬眠——<0.1 μA (典型值)

五、Microchip WIFI在家庭智能电量分析终端中的应用

WiFi是由 AP(Access Point)和无线网卡组成的无线网络,AP一般称为网络桥接器或接入点,是传统的有线局域网络与无线局域网络之间的桥梁,因此任何一台装有无线网卡的 PC均可通过AP去分享有线局域网络甚至广域网络的资源,其工作原理相当于一个内置无线发射器的HUB或者是路由, 而无线网卡则是负责接收由AP所发射信号的CLIENT端设备。

相比较传统智能家居系统采 用的有线布网方式,WIFI技术的应用则减少布线麻烦,具有更好的可扩展性、移动性。因此采用无线智能控制模式是智能家居发展的必然选择。

下面以Wi-Fi Power Control Box为例,讲解MRF24WB0M在智能家居中的应用。下图为Wi-Fi Power Control Box框图:
 Wi-Fi Power Control Box框图
Wi-Fi Power Control Box框图

此方案 数据流向:MCP3909采集电压、电流,送给PIC24FJ256GA108并计算出功率,再通过MRF24WB0M将数据送到INTERNET中,服 务器端可以通过PC登录到固定网址查看家里用电情况,同时可以远程控制家里电器开启或是关闭,进而达到智能控制家用电器的目的。

总之,通过WIFI技术的 运用,可以成功的控制智能家居的各种设备,提供比传统智能家居更舒适、安全、便捷的智能家居生活空间,优化了人们的生活方式,从而给用户带来了全新、舒适 的家居生活。

Microchip WIFI除了在智能家居中的应用外,还在工业控制、POS 终端、医疗等行业中有着广泛的应用。

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