云开关在智能家居控制系统中的应用设计

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1、云开关在智能家居控制系统中的应用设计　　摘要　　随着信息技术、微电子技术、高级编程语言、控制技术、多媒体技术等多种技术的协同发展，人们迎来物联网和智能家居大踏步发展的时代。现在的社会需要更高的智能化、更人性化的机器交互，使人们的生活以及工作更加安全、便捷、舒适。基于上述需求，本文设计的云开关手机应用可以集合某一情境（如家庭）中的所有开关控制需求，用一个简单便捷的手机APP实现了对这一情境（如家庭）中所有开关设备的无线控制。通过在家庭中配以Wi-Fi智能开关，就可以通过手机APP实现目标AP的连接参数配置，并且可以实现Internet远程控制。　　【关键词】智能家居Wi-

2、Fi无线通信智能控制云开关　　1引言　　目前，智能家居组网方式多种多样，很难有统一的家居组网方案被所有厂商接受。Wi-Fi作为商业级应用最广泛的无线标准，比较适合作为智能家居的控制组网标准，门槛不高，接受程度广泛，为云开关的推广扫清了组网障碍。　　本设计是基于Wi-Fi无线通信的智能开关应用系统，手机安装控制应用程序之后，需要连入所在区域的Wi-Fi无线网络，然后将Wi-FiSSID和密码发送给通电状态下的智能云开关，云开关用该信息连接所在区域的无线路由器。点击触控开关，就能让智能云开关开启（通电）或关闭（断电）。将手机断开Wi-Fi连接，连上移动网络，重新设置远程操控

3、密码。如果要远程控制云开关时，家里的Wi-Fi要保证正常工作且能够访问互联网。　　2系统设计　　本文针对云开关的设计，分为硬件系统和软件系统两方面的设计，下面对软硬件系统的设计进行分别介绍。　　2.1硬件设计　　云开关硬件分为强电和弱电设计，为了降低强电对弱电系统的干扰，将强弱电分成两个单独的模块，从物理空间上分割开。　　强电有两个功能，一个功能是ACDC转换，将220V交流电转化为直流5V，负载驱动能力可达到2A；另一个功能是继电器次级控制回路，实现稳定的切换功能，触点要有高度的可靠性。ACDC转换模块选用芯朋微的PN8355作为主芯片，PN8355包括高精度的恒压、

4、恒流原边控制器及功率MOSFET，用于高性能、外围元器件精简的充电器和LED照明。PN8355工作在原边检测模式，可省略光耦和TL431。该芯片提供了极为全面的自恢复保护功能，包含逐周期过流保护、过压保护、开环保护、过温保护、输出短路保护和CS电阻开/短路保护等。内置高压启动电路和极低的芯片工作电流使得系统能够满足较高的待机功耗标准。继电器选用泰科的RTS3L系列，该系列继电器有优秀的切换能力和绝缘能力，完全可以满足云开关的负载控制。ACDC转换原理图如图1所示。　　本文选用汉风的HF-LPT200作为Wi-Fi处理核心模块，HF-LPT200超低功耗嵌入式Wi-Fi模

5、组集成了MAC、基频芯片、射频收发单元以及功率放大器，嵌入式的固件支持Wi-Fi协议与配置，以及组网的TCP/IP协议栈，支持STA/AP/STA+AP共存工作模式。设计原理图如图2所示。限于文章篇幅，硬件其他模块的设计就不做赘述。　　2.2软件设计　　本文云开关的软件应用设计分为四个部分：设置过程、发现过程、控制过程、云控制。下面分别介绍每个模块的设计。　　2.2.1设置过程　　目前，市面上成熟的Wi-Fi模块的配置，一般分为Web配置与专用接口指令配置，这两种方式都不适用目前的用户习惯，用户需要“傻瓜”式的配置，免输入免选择，这样才能实现自动配置与自动控制，在这样的

6、需求前提下，我们用Wi-Fi自组包广播的方式，实现热点SSID以及密钥的传输，这样Wi-Fi开关收到广播数据后，经解密与校验后，完成热点的配置，从而进入接收控制指令的工作状态。界面设计如图3所示。　　2.2.2发现过程　　手持设备发出二层局域网广播包，云开关将以单播方式回复，一旦开关连接上所配SSID的路由器后，云开关会发出二层局域网广播包通知手持设备，手持设备发出单播包到云服务器，获取开关信息。图4为检测到有开关设备并连接后的应用界面。　　2.2.3控制过程　　控制过程中，手持设备发出单播控制关闭或者开启开关。Wi-Fi开关一旦完成自动配置，将与智能手机处于同一局域网

7、中，这样我们可以实现本地化的网络控制，智能手机端基于预测理论产生预测控制序列，Wi-Fi开关中设置的网络时延补偿器利用预测控制序列的多步预测值，以此来克服网络时延。　　2.2.4云控制　　云开关周期发出心跳包通知云服务器，服务器记录云开关NAT后通信管道以提供手持设备访问。图5为开关云控制设置界面。　　2.2.5其他功能的设计　　可以建立不同的分组来管理这些开关设备，如分成一楼、二楼等，可以自行添加及建立分组；当检测到有开关设备，会自动连接，并显示成如图4厨房、主卧的彩色的图标样式，图标名称、颜色、图标图片都允许自行设定，以便于相互区分；