基于SI4463的新型物联网组网方式

杭州派尼澳电子科技有限公司 吴建锋杭州电子科技大学 罗小文



基于SI4463的新型物联网组网方式

杭州派尼澳电子科技有限公司 吴建锋
杭州电子科技大学 罗小文

【摘要】通过WIFI控制智能设备并采集家庭环境数据，设计了基于SI4463的新型物联网组网方式，实现无线通信模块对家庭WIFI网络节点进行扩展。由数据采集、设备控制单元、无线网关、智能手机终端组成。其中数据采集和设备控制单元由STM32、SI4463无线通信模块、设备模块和传感器组成，完成数据的收发、采集和设备的控制。无线网关主要由低功耗WIFI芯片RT5350和SI4463无线通信模块组成，完成对数据的处理、接收和发送。智能手机终端通过无线AP点（Access Point）发送和接收数据，并由Web浏览器进行解析和实时显示。

【关键词】WIFI；web浏览器；STM32；SI4463

0　引言

随着科学技术飞速发展和人民生活水平的提高，家用电器设备不断增加,人们对家的智能化提出了更高的要求,不仅要实现灯光照明和电动窗帘的控制，并要实现各种电器的控制和检测家庭环境的变化[1]，因此建立家庭无线网络是必要的也是必须的。无线WIFI技术在开放性区域的通讯距离可达305米，并且传输速度较高可达54Mbps[2]，这使得WIFI广泛用于家庭无线网络，但WIFI的网络节点只有32个[3]，不足以实现对家庭电器的控制和环境数据的采集，因此对WIFI的无线网络节点进行扩展是非常必要的。

本文用SI4463无线通信模块实现对WIFI无线网络节点的扩展，SI4463是一款高性能低功耗射频收发器，通信距离可达1500米，输出功率达到20dBm，数据传输速率覆盖0.123kbps至1Mbps，灵敏度达到了-126dBm，SI4463接收数据的电流为10mA[4]。使用SI4463可以在低功耗的情况下实现WIFI网络节点的扩展和无线覆盖整个家庭。

1　系统结构

本文研究针对SI4463无线通信模块对WIFI网络节点的扩展。本系统由智能手机终端、无线网关、数据采集和设备控制单元三部分组成，其中无线网关主要由低功耗WIFI芯片RT5350和SI4463无线通信模块组成,数据采集和设备控制单元由STM32、SI4463无线通信模块、设备模块和传感器组成。用户通过智能手机的Web浏览器输入控制数据，Web浏览器将输入的数据进行解析后通过WIFI发送到无线网关的数据处理中心，数据处理中心将接收数据进行解析后通过SPI总线发送给SI4463，由SI4463无线通信模块发送给数据采集和设备控制单元，由数据采集和设备控制单元的设备进行相应的控制,从而达到智能手机控制家庭设备的目的。同时数据采集和设备控制单元将采集的数据通过SI4463无线通信模块发送到无线网关的数据处理中心，数据处理中心将数据解析后通过WIFI发送给智能手机，智能手机通过web浏览器显示。系统结构如图1所示。

图1　系统结构

2　硬件设计

本系统以低功耗WIFI芯片RT5350为核心。RT5350是一款高质量、小尺寸以及低成本的可编程系统芯片，在一个单芯片上集成了各种AP Router所需元件，提供了优越的无线解决方案，并且芯片上内置了独特的封包接收式天线分集技术，支持802.11nWIFI局域网，具备UART、SPI、I2C等接口[5,6]。

图2　无线网关示意图

图3　RT5350与SI4463连接电路

2.1无线网关

无线网关由低功耗WIFI芯片RT5350、电源供应模块、SI4463无线通信模块组成,其结构如图2所示。RT5350用处理数据并通过WIFI与智能手机建立连接，SI4463用于与数据采集和设备控制单元建立无线通信，RT5350与SI4463通过SPI总线建立连接,其电路示意图如图3所示。

2.2数据采集和设备控制单元

数据采集和设备控制单元由STM32、SI4463无线通信模块、设备模块和传感器组成。其中STM32为数据采集和设备控制单元的核心，用于处理传感器采集的数据并控制设备的运行，SI4463无线通信模块用于收发数据，STM32与SI4463之间通过SPI总线进行通信。其结构如图4所示。

图4　数据采集和设备控制单元

图5　软件设计流程图

3　软件设计

软件设计主要包括数据采集和设备控制单元、无线网关的软件设计。数据采集和设备控制单元的软件设计主要是对STM32的程序进行设计，使STM32控制SI4463进行数据的收发、控制传感器采集数据和对设备的控制，其流程如图5(a)所示。无线网关的软件设计主要是对RT5350的程序设计，使RT5350控制SI4463进行数据收发和通过WIFI收发数据并对对数据进行解析和处理，其流程如图5(b)所示。

表1　测试结果分析表

图6　温度采集显示图

4　实验结果分析

为了验证SI4463对WIFI无线网络节点扩展,本实验使用了5片SI4463无线通信模块（一片用于无线网关，剩下的四片用于数据采集和设备控制单元）、一片RT5350（带有WIFI）、4片STM32、四片温度传感器（DS18B20）、4片MQ-2气敏式烟雾传感器、8个红外发射器（每个数据采集和设备控制单元两个控制实验室的两台空调）和两盏LED小灯，在实验室局域网内对一个WIFI网络节点下扩展的无线网络节点的可靠性进行了测试。对设备控制测试结果如表1所示。对温度的采集测试如图6所示，图中空调显示的室温为19度，温度传感器采集的温度数据在手机浏览器中显示，房间为对应的数据采集和设备控制单元。

5　结束语

本文设计的智能家居系统，是基于现在家庭设备不断增加的现状而提出，充分利用了WIFI和SI4463无线通信模块，增加对家庭设备的控制同时采集更多的家庭环境数据，让人们能更加好的控制家庭的设备和了解家庭的环境。

参考文献

[1]朱欣颖,陈曦.基于WIFI智能家居控制系统的设计[J].智能计算机与应用,2014,06:80-82.

[2]刘坤.基于WIFI技术的物联网智能家居[J].无线互联科技,2014,06:96.

[3]单春艳.基于Zigbee的智能家居系统[D].青岛大学,2014.

[4]袁舰,高守玮,王孝欣,崔徐佳,余盈宽.基于Si4463的无线语音系统设计[J].工业控制计算机,2014,11:105-106+108.

[5]袁新娣,李秋生.基于RT5350的嵌入式无线视频数据采集系统[J].安徽大学学报(自然科学版),2014,06:60-65.

[6]袁新娣,李秋生.基于RT5350的嵌入式无线视频数据采集系统[J].安徽大学学报(自然科学版),2014,38(06):60-65.

吴建锋（1981－），男，浙江文成人，博士，工程师，现供职于杭州派尼澳电子科技有限公司，研究方向：智能家居及照明控制领域。

罗小文（1988－），男，江西吉安人，硕士，现就读于杭州电子科技大学，研究领域：智能家居及嵌入式应用。

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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