本文選自《半導(dǎo)體照明》雜志2013年第11期(總第45期)

轉(zhuǎn)載請標注:中國半導(dǎo)體照明網(wǎng)、《半導(dǎo)體照明》雜志

  　　隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，3G時代的到來，云計算與云網(wǎng)絡(luò)相涌而出，大數(shù)據(jù)的視頻可以直接下載到智能手機終端在線觀看，沒有絲毫地停滯。在這樣的大環(huán)境下，智能家居技術(shù)也在發(fā)生翻天覆地的變化?，F(xiàn)階段知名品牌的智能控制產(chǎn)品仍以有線為主，如施耐德的C-BUS[1]、ABB的I-BUS、Honeywell的H-BUS、愛默爾的M-BUS，以及羅格朗TCL的SCS-BUS，基本上都是清一色的現(xiàn)場總線技術(shù)。隨著民用射頻無線通信技術(shù)的日漸成熟，如WiFi與ZigBee等[2]，較之有線技術(shù)有安裝拆卸方便、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等明顯優(yōu)勢。這些優(yōu)勢加之云網(wǎng)絡(luò)的快捷與大數(shù)據(jù)存儲傳輸，將在照明、家電、安防等領(lǐng)域掀起一場轟轟烈烈的無線化智能控制革命。

自2012年8月23日騰訊微信公眾平臺正式上線以來，目前用戶遠超過3億，在城市里普及率極高，基本上人人都在用微信。微信的新功能尤其為當代青年熱愛，方便的語音信息收發(fā)只耗極少流量，較之于電話更省錢，也更酷。圖片收發(fā)再不用額外開通GPRS功能，也不用害怕圖片太大發(fā)不出去，一切都在彈指之間便輕松完成。

本文所述技術(shù)是嫁接在微信公眾平臺及其云網(wǎng)絡(luò)的一種智能控制技術(shù)，以下簡稱為微信智控。微信智控技術(shù)功能強大，所涉范圍極廣，可以應(yīng)用在絕大多數(shù)智能控制場合。本文以智慧家居為例，將詳細闡述其基本原理及其強大的功能。

微信智控在智慧家居中的基本應(yīng)用如圖1所示，當用戶在控制端通過手機或電腦上的微信向應(yīng)用端發(fā)送文字、語音與圖片等信息時，這一信息很快會通過3G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綉?yīng)用端附近的路由器。通過網(wǎng)線TCP/IP協(xié)議，路由器再將信息傳輸給微信智控網(wǎng)關(guān)(一種專門用于微信智控通信的網(wǎng)關(guān))，該網(wǎng)關(guān)一邊進行數(shù)據(jù)存儲，一邊進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，并很快將信息轉(zhuǎn)換成新的指令[3]。新指令在智慧照明、智慧家電與智慧安防應(yīng)用中有不同的表現(xiàn)形式與傳輸方式，下面分別來論述它們。

       一、微信智控之智慧照明

       1.初識ZigBee協(xié)議

每個家庭都需要用燈具來照明，而控制燈具的方法現(xiàn)階段國內(nèi)仍以普通開關(guān)為主，少數(shù)采用紅外遙控、315MHz與433MHz射頻遙控等方式。微信智控系統(tǒng)中采用2.4GHz的ZigBee協(xié)議[4]，而ZigBee采用了按需路由AODV算法，可以輕松地實現(xiàn)燈具之間的智能組網(wǎng)、智能擇路，遠距離無線傳遞信息。如圖2(a)所示，當ZigBee遙控開關(guān)(1號節(jié)點)對節(jié)點12的臺燈發(fā)出指令時，根據(jù)AODV算法，指令將被傳輸?shù)焦?jié)點3，然后是節(jié)點7、節(jié)點10、最后到達臺燈，臺燈根據(jù)指令做出相應(yīng)的動作，如開、關(guān)、調(diào)光、定時等。當網(wǎng)絡(luò)上2號節(jié)點與7號節(jié)點被移除時，如圖2(b)所示，1號節(jié)點開關(guān)發(fā)出的指令時，會重新計算路線，新路線將途經(jīng)節(jié)點3、節(jié)點6、節(jié)點11，最后到達節(jié)點12臺燈。由此可見，只要每兩個節(jié)點之間能保持通訊，則節(jié)點的增減不會對通訊造成影響。

       2. 智慧照明原理

(1)遠程控制方式

當你身在千里之外使用手機上微信，并想控制家里的燈具照明時，你只需輕敲鍵盤輸入文字，或直接說話錄音，即可將指令經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到你家的路由器上。路由器再將指令通過網(wǎng)線傳輸給微信智控網(wǎng)關(guān)。如圖3所示，微信智控網(wǎng)關(guān)則將指令按ZigBee協(xié)議打包并通過ZigBee天線向外輻射出去。應(yīng)用端ZigBee無線收發(fā)模塊[5]內(nèi)置于燈具內(nèi)，相鄰的兩個燈具之間可以相互通訊。眾多的燈具便可以組成一個照明網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)將按需路由算法AODV找到最優(yōu)傳輸路線，并最終將指令發(fā)送到目標燈具，目標燈具則會立馬按照指令做出相應(yīng)的反應(yīng)，如開、關(guān)、調(diào)光、定時，或回傳當前工作狀態(tài)。

(2)遙控控制方式

微信智控之智慧照明系統(tǒng)不僅支持遠距離控制燈具，同時還能完全兼容近距離遙控。從圖3可以看出，近距離遙控的控制端主要有微信智控主機、電腦、手機與遙控器四種。它們的控制方式分別如下：第一種控制方式。主要是針對微信智控主機、電腦與手機設(shè)計的，這三種機器上安裝有相應(yīng)的APP應(yīng)用軟件，可以直接對家里的每盞燈進行開、關(guān)、調(diào)光與延時等操作。這三種機器都是通過WiFi與路由器互通，它們發(fā)出的指令到路由器后通過網(wǎng)線傳輸給微信智控網(wǎng)關(guān)，該網(wǎng)關(guān)再將指令通過ZigBee天線與照明網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)侥繕藷艟?，該燈具根?jù)要求做出相應(yīng)的動作，并可回傳當時的工作狀態(tài)。可見這一控制方式中，當指令到達路由器后，與遠程控制方式基本相同。第二種控制方式，即遙控器控制方式。每個燈具在遙控器上都有一個位置按鍵與之對應(yīng)，而像調(diào)光與延時等功能鍵則是共用的。舉個例子來說明，如打開臺燈并調(diào)到50%亮度，操作起來就是先按遙控器與臺燈對應(yīng)的按鍵，此時表明后面的功能設(shè)定是針對臺燈的，與其他燈具無關(guān)。當臺燈收到“點名”指令時，就會將目前狀態(tài)置反，即如果原來臺燈是亮的，現(xiàn)在就會被關(guān)掉;如果原來臺燈是滅的，現(xiàn)在就會被點亮。臺燈點亮后，再用手指直接點擊連續(xù)調(diào)光環(huán)50%的位置即可。此種方式最為簡單，不需要路由器與網(wǎng)關(guān)等設(shè)備便可輕松實現(xiàn)控制燈具。

       二、 微信智控之智慧家電

       1.遠程控制方式

遠程控制方式與智慧照明相類似，當你在外地通過手機或電腦使用微信發(fā)送指令控制家里的空調(diào)、彩電與電飯等家電時，指令很快便會通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)郊依锏穆酚善魃?，路由器再將指令通過TCP/IP協(xié)議傳輸給微信智控網(wǎng)關(guān)。如圖4所示，微信智控網(wǎng)關(guān)則將指令重新打包并通過紅外LED照射出去，紅外線遇到墻壁會發(fā)生反射，最終信號會到達目標家電，目標家電將根據(jù)指令要求做出相應(yīng)的動作，至此通訊結(jié)束。

不過此處控制電飯煲情況就比較特殊些，因為目前大多數(shù)電飯煲都沒有遙控功能，因此此處在電飯的供電處串接了一個ZigBee繼電器開關(guān)。這樣，當微信智控網(wǎng)關(guān)接到控制電飯的指令時就會采用ZigBee通訊方式，將指令發(fā)送給無線繼電器開關(guān)，后者將按指令開啟或斷開給電飯供電。

       2.遙控控制方式

如圖4所示，智慧家電中也有四種控制終端，與智慧照明差不多。微信智控主機、電腦與手機控制時走的是無線網(wǎng)路，途經(jīng)路由器與微信智控網(wǎng)關(guān)，最終由微信智控網(wǎng)關(guān)紅外遙控家電完成相應(yīng)的動作，只是省去了局域網(wǎng)與云網(wǎng)絡(luò)通信部分，具體原理見上文。

而遙控器控制家電的情況比較普通，大家也都熟悉，這里不再贅述。

       三、 微信智控之智慧安防

出差在外，如何了解家里現(xiàn)在狀況呢?如何為家人的生日送上一曲自己唱的歌曲呢?如果家里萬一發(fā)生了盜竊，或煤氣外泄，或有人入侵，你怎么知道呢?又該怎么做呢?答案就在后面的章節(jié)中。

       1.遠程控制方式

(1)了解家里狀況

當你在另一個城市出差時，你可以打開手機登陸微信，向好友“家里”索取監(jiān)控錄像，這一信息先傳輸?shù)礁浇耐ㄐ呕?，然后傳輸?shù)教焐系耐ㄐ判l(wèi)星，通信衛(wèi)星再將信息傳輸給你家最近的通信基站，再由該基站將信息通過以太網(wǎng)傳輸?shù)侥慵业穆酚善?。如圖5所示，路由器通過網(wǎng)線將信息發(fā)送給微信智控網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)立即去讀取磁盤陣列存儲器中監(jiān)控錄像的最后一段視頻，并將視頻傳給路由器。路由器再通過以太網(wǎng)將視頻傳送到你的手機微信上，看到這張段視頻，你便對家里狀況有了一個大致的了解。

(2)送上生日祝福歌曲

若是想為家人生日唱上一曲歌送給他/她，你可以像平時給微信語音對話一樣，按住錄音鍵開始唱，喝完松開手，點擊發(fā)送就可以了。微信智控網(wǎng)關(guān)接到你的語音信息后，將會通過家里音箱播放出來，家人聽到身在他鄉(xiāng)的你所唱的歌，此時此刻一定會異常的感動。

(3)報警系統(tǒng)

一旦家里出現(xiàn)了盜竊，或煤氣外泄，或有人入侵，相應(yīng)的振動感應(yīng)器、煙霧報警器、煤氣泄漏報警器與紅外探測器均會以ZigBee協(xié)議送報警信號發(fā)送給微信智控網(wǎng)關(guān)，后者一邊將報警信號和當前監(jiān)控錄像通過路由器和以太網(wǎng)將信息發(fā)送到你的手機上，觸發(fā)手機報警事件，同時發(fā)送指令給無線聲光報警器，命令其開始工作，以現(xiàn)場警示。你亦可以在微信上發(fā)出警告，讓家里的揚聲器播放你的警告。你也可以打電話給親人或朋友前往你家，或打發(fā)生地報警電話等。

其中煙霧報警器被觸發(fā)時，還將同時打開水閘，開始灑水滅火。煤氣泄漏報警器被觸發(fā)時，發(fā)出報警的將同時將打開排氣扇將煤氣排出去。該系統(tǒng)智能、完善、方便使用、快捷、成本低廉、安全可靠，可將損失降低到最小。

       2.遙控控制方式

同樣的，安防設(shè)備也可以在家里操控，常用的控制端主要有微信智控主機、電腦與手機。它們均采用WiFi協(xié)議與路由器通訊，路由器、微信智控網(wǎng)關(guān)與磁盤陣列存儲器之間用網(wǎng)線相連，見圖5。監(jiān)控錄像每時每刻都在拍攝，并將數(shù)據(jù)采用WiFi傳輸給微信智控網(wǎng)關(guān)，后者將錄像存儲在磁盤陣列存儲器中，控制端如有需要，則讀取最后一段視頻或圖片傳輸過去。

家里的報警器根據(jù)盜竊、火警與入侵需要分為三類：振動感應(yīng)器、煙霧報警器與紅外探測器。這三類報警器只要觸發(fā)條件存在，便會不斷地發(fā)送報警信號給微信智控網(wǎng)關(guān)，后者一邊將報警信號傳給路由器，路由器再將報警信號發(fā)送給控制端。微信智控網(wǎng)關(guān)還一邊發(fā)送信號給聲光報警器，命令其工作。若是三類報警觸發(fā)條件均被清除時，微信智控網(wǎng)關(guān)便命令聲光報警器“休眠”，回歸常態(tài)。當然也可以通過控制端發(fā)送“閉嘴”指令，讓聲光報警器停止報警;或斷開聲光報警器電源，讓其停止工作。

       四、結(jié)語

微信智控系統(tǒng)集智慧照明、智慧家電與智慧安防于一身，利用微信現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)與云服務(wù)，有組網(wǎng)簡單、成本與維護成本低廉、操作簡單、功能齊全、系統(tǒng)完善、安全可靠等優(yōu)點，是目前最適合普通家庭使用的智慧家居系統(tǒng)之一。