智能家居之无线射频技术应用

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    无线射频技术

    无线射频技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线通信技术。这种技术的优点是部分产品无需重新布线，利用点对点的射频技术，实现对家电和灯光的控制，安装设置都比较方便，主要应用于实现对某些特定电器或灯光的控制，成本适中。这类系统功能比较弱，控制方式比较单一，且易受周围无线设备环境特别是同频及阻碍物干扰和屏蔽；较适用于新装修户和已装修户。

    这也就是我们家庭网络中所提到的有线网络和无线网络的区别。无线网络技术在没有布线的情况下也可以搭建家庭局域网。而无线射频技术也就是通过高频的无线频率（315或433.92MHz）点对点传输，实现灯光、窗帘、家电等的遥控功能。这类技术对于已经装修好了的用户非常适用，无须预先布线，不会破坏原有家居的美观。

    使用基于无线射频技术的产品，就可以将家里所有的电器串成一个网络，我们这里称它为智能家居无线网络，在这个网络中，我们可以随意遥控，让每个冷冰冰的电器都听命于我们。

    如何让家电听命于我们？

    家里的电器设备很多，灯光、冰箱、空调、电脑、家庭影院……有些属于本身就带有遥控能力的，比如空调、电视机……有些是不具备遥控功能的，比如热水器、微波炉、电饭煲、冰箱……而不同的遥控设备又带有不同的遥控器，相互间又不能通用，于是家里光遥控器就有四五个。那么如何遥控不具备遥控功能的设备？以及如何让一个遥控器实现多个遥控器的功能呢？从上面的介绍我们知道，基于无线射频技术的产品是能帮我们解决这些问题的，但他们是如何实现的呢?

    智能家居无线网络主要包括了一个家庭网关以及若干个无线通讯子节点。在家庭网关上有一个无线发射模块，每个子节点上都接有一个无线网络接收模块，通过这些无线网络收发模块，数据就在网关和子节点之间进行传送。

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    1.家庭网关

    家庭智能网关就是家庭的一个智能化控制中心，带有嵌入式处理器和Armlinux操作系统；具有可触摸的TFT液晶显示屏（5～10英寸）；有14路报警点输入和2路报警控制输出，发生警情时可通过网络或电话报警；通过网关上的无线射频模块与网络中各子节点进行通讯，实现家电控制；内置了Webserver，通过Web方式实现家电的远程控制。同时家庭网关还具有留影、留言、MP3MP4播放功能，可方便主人进行温馨留言等。

    2.无线射频无线通讯子节点

    在不同的控制系统中，无线通讯子节点具有不同的功能：

    ●照明控制，通过无线遥控开关节点实现对灯光开关和调光的功能；

    ●电源控制，通过无线遥控插座实现对电器的电源进行远程控制；

    ●窗帘控制，通过无线窗帘控制器对电动窗帘电机进行远程控制；

    ●家电控制，通过无线红外转发模块对红外遥控家电进行远程控制；

    ●继电器输出控制，实现电动门窗、煤气阀门等I/O控制。

    普通家用或商用接收器，通常使用红外线(IF)，信号收发要求直线路径，容易受外物遮挡。使用无线射频技术，信号收发不受外物遮挡，凡在系统覆盖范围内，不论任何方位或角度，接收皆准确可靠。此外，信号根据使用地区的不同，由315或434MHz无线频率传输，穿墙越壁，不受任何外物遮挡。系统在开放环境中，覆盖范围可达100米。加上无线射频耗电量低，覆盖面广，无论走到任何角落，操控都是最方便可靠、自由舒心的。

    以一所200平方米的住宅为例，室内长约30多米，因此以100米的覆盖范围计算，用户无论走到哪里，各个开关都可接收遥控器的指令，灯光总能配合您的步伐。每个遥控器、开关或调光开关皆装有无线射频发送器或接收器，因此遥控器可直接向各开关发出指令，控制预设的灯光场合，而不需接通任何电线。但是室内30m的遥控距离已经是无线射频技术的最大极限了，如果超过了这个距离，无线信号易受同频干扰，且信号减弱，这也是无线射频技术最大的一个缺陷。

    无线射频控制方案

    1.灯光控制

    无线射频灯光控制系统由智能面板开关和调光器组成，调光器用以发送和接收命令信号，命令通过无线电传播，而不是通过家庭的电源线路传输。每个面板开关都备有一个不同的遥控识别代码。这些代码利用19位识别技术，使接收器能准确辨别每个指令。即使邻居同时使用，也绝对不会因其遥控器干扰而发生传输错误。

    调光开关同样内置RF无线射频发射器，能独立于遥控器或移动开关之外，控制落地灯或桌灯的开关或随意调节灯光亮度。调光开关的背面还配有夹子，可自由地夹在电线或其他显眼处，不易遗失，灵活自在。减少干扰，传送或接收指令更加准确无误。

    2.无线智能插座

    无线智能插座系列主要通过无线射频技术实现对非遥控电器（如热水器、电风扇等）的电源遥控，不仅为这些电器增加了无线遥控的功能，而且还最大限度地节约能源，保障安全。    

    3.情景遥控模式

    情景模式就是一种可以通过预先设置，并可以还原的一种特定的灯光环境。它通过锁定某个灯的开关以及灯光的明暗程度来达到某种特定的灯光环境。比如：离家或睡觉时灯光的全闭、起夜环境、娱乐环境等。情景遥控器不仅可以单独控制某个开关和插座，还可以对家中的整个照明环境进行场景控制。

    4.信息家电控制

    信息家电控制是一个整合了红外控制和无线控制的多功能遥控系统。它可以控制多达五种红外设备（如：电视机、空调、DVD、功放、窗帘等）和开关、插座等无线设备。信息家电控制系统主要由信息家电控制器和各种智能遥控开关组成。信息家电控制器可以把普通红外电器的遥控器的编码通过学习的方式转存下来从而替代原有的家电遥控器。同时它本身还是无线遥控器，可以发射433.92MHz频率的控制信号，所以它可以控制这个频段的智能开关、智能插座以及无线红外转发器等。

    信息家电控制器如何实现对空调的遥控？

    空调的红外编码和其他家电的红外编码有很大区别，空调遥控器上每一个按键所对应的红外编码不是固定的。比如按下温度增加或减少的按键，它并不是简单地发送一个固定的温度增加或减少的红外编码，而是向空调发送一个当前工作状态的编码（这个编码包含空调当前是多少度？是制冷还是制热？风速是多少？风向是什么角度？）。所以信息家电遥控器不能只是简单地学习空调遥控器上的几个按键来实现对空调的完全控制。用户只能通过学习空调比较常用的工作状态来达到控制空调的目的。

    5.电话远程控制

    电话远程控制系统主要是实现通过拨打电话来控制家中的红外电器（主要是空调）和无线开关、插座。可以通过接在电话控制器上的电话机直接进行设置，也可以通过打电话进入设置；通过电话控制器可以控制客厅、书房和卧室等房间的灯光、插座和空调。

    下面我们通过一个实际的案例来看看完成一些智能方案需要哪些无线射频产品。

    1.户型

    三室两厅：主卧、次卧、书房、客厅、餐厅。

    2.实现的功能

    家居智能家电、照明系统；远程智能控制家电系统（电话、网络）；家庭安防系统；可视对讲系统。

    3.系统结构图

    图中最左边两条竖虚线表示红外遥控信号；其它虚线表示射频遥控信号；带箭头实黑线为安防信号；箭头方向为信号传递方向。在这个图中，我们主要关注家庭部分，小区部分为整体小区工程实施使用。

    4.使用到的产品

    ●智能网关

    A家庭安全防范功能

    提供14路有线防区接入，2路输出；无线撤布防，紧急求助等功能；电话和网络进行布防，具有联动控制功能。    

    B可视对讲（可选）

    通过与门口机的连接，实现用户与访客之间的视频对讲、开锁。

    C电话远程控制

    智能网关嵌入电话语音模块，通过用户电话线路实现电话报警功能；通过网关电话语音模块可进行远程布防等安全操作；对家电、照明系统进行远程电话控制。

    D网络远程控制

    通过网络对家居内的家电、灯光、插座、安防探测器进行远程网络控制；家居内安防系统进行远程布撤防、消警、报警查询等功能。

    E家庭语音留言

    录制语音留言。

    F邮件服务

    电子邮件的收发功能。

    ●信息家电控制器

    实现家庭内部所有本地遥控操作，与智能插座、开关、DVD遥控器、电视遥控器，窗帘控制器等直接对码实现控制。是真正意义上的多功能遥控器。

    ●其他遥控器

    包括情景遥控器、迷你型情景遥控器和增强型情景遥控器，可实现对灯光的单一控制和不同的情景组合控制。

    ●智能开关、插座

    与遥控器配合实现智能控制灯光的效果。