基于SI4463的新型物聯網組網方式

杭州派尼澳電子科技有限公司 吳建鋒杭州電子科技大學 羅小文

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基于SI4463的新型物聯網組網方式

杭州派尼澳電子科技有限公司 吳建鋒
杭州電子科技大學 羅小文

【摘要】通過WIFI控制智能設備并采集家庭環境數據，設計了基于SI4463的新型物聯網組網方式，實現無線通信模塊對家庭WIFI網絡節點進行擴展。由數據采集、設備控制單元、無線網關、智能手機終端組成。其中數據采集和設備控制單元由STM32、SI4463無線通信模塊、設備模塊和傳感器組成，完成數據的收發、采集和設備的控制。無線網關主要由低功耗WIFI芯片RT5350和SI4463無線通信模塊組成，完成對數據的處理、接收和發送。智能手機終端通過無線AP點（Access Point）發送和接收數據，并由Web瀏覽器進行解析和實時顯示。

【關鍵詞】WIFI；web瀏覽器；STM32；SI4463

0　引言

隨著科學技術飛速發展和人民生活水平的提高，家用電器設備不斷增加,人們對家的智能化提出了更高的要求,不僅要實現燈光照明和電動窗簾的控制，并要實現各種電器的控制和檢測家庭環境的變化[1]，因此建立家庭無線網絡是必要的也是必須的。無線WIFI技術在開放性區域的通訊距離可達305米，并且傳輸速度較高可達54Mbps[2]，這使得WIFI廣泛用于家庭無線網絡，但WIFI的網絡節點只有32個[3]，不足以實現對家庭電器的控制和環境數據的采集，因此對WIFI的無線網絡節點進行擴展是非常必要的。

本文用SI4463無線通信模塊實現對WIFI無線網絡節點的擴展，SI4463是一款高性能低功耗射頻收發器，通信距離可達1500米，輸出功率達到20dBm，數據傳輸速率覆蓋0.123kbps至1Mbps，靈敏度達到了-126dBm，SI4463接收數據的電流為10mA[4]。使用SI4463可以在低功耗的情況下實現WIFI網絡節點的擴展和無線覆蓋整個家庭。

1　系統結構

本文研究針對SI4463無線通信模塊對WIFI網絡節點的擴展。本系統由智能手機終端、無線網關、數據采集和設備控制單元三部分組成，其中無線網關主要由低功耗WIFI芯片RT5350和SI4463無線通信模塊組成,數據采集和設備控制單元由STM32、SI4463無線通信模塊、設備模塊和傳感器組成。用戶通過智能手機的Web瀏覽器輸入控制數據，Web瀏覽器將輸入的數據進行解析后通過WIFI發送到無線網關的數據處理中心，數據處理中心將接收數據進行解析后通過SPI總線發送給SI4463，由SI4463無線通信模塊發送給數據采集和設備控制單元，由數據采集和設備控制單元的設備進行相應的控制,從而達到智能手機控制家庭設備的目的。同時數據采集和設備控制單元將采集的數據通過SI4463無線通信模塊發送到無線網關的數據處理中心，數據處理中心將數據解析后通過WIFI發送給智能手機，智能手機通過web瀏覽器顯示。系統結構如圖1所示。

圖1　系統結構

2　硬件設計

本系統以低功耗WIFI芯片RT5350為核心。RT5350是一款高質量、小尺寸以及低成本的可編程系統芯片，在一個單芯片上集成了各種AP Router所需元件，提供了優越的無線解決方案，并且芯片上內置了獨特的封包接收式天線分集技術，支持802.11nWIFI局域網，具備UART、SPI、I2C等接口[5,6]。

圖2　無線網關示意圖

圖3　RT5350與SI4463連接電路

2.1無線網關

無線網關由低功耗WIFI芯片RT5350、電源供應模塊、SI4463無線通信模塊組成,其結構如圖2所示。RT5350用處理數據并通過WIFI與智能手機建立連接，SI4463用于與數據采集和設備控制單元建立無線通信，RT5350與SI4463通過SPI總線建立連接,其電路示意圖如圖3所示。

2.2數據采集和設備控制單元

數據采集和設備控制單元由STM32、SI4463無線通信模塊、設備模塊和傳感器組成。其中STM32為數據采集和設備控制單元的核心，用于處理傳感器采集的數據并控制設備的運行，SI4463無線通信模塊用于收發數據，STM32與SI4463之間通過SPI總線進行通信。其結構如圖4所示。

圖4　數據采集和設備控制單元

圖5　軟件設計流程圖

3　軟件設計

軟件設計主要包括數據采集和設備控制單元、無線網關的軟件設計。數據采集和設備控制單元的軟件設計主要是對STM32的程序進行設計，使STM32控制SI4463進行數據的收發、控制傳感器采集數據和對設備的控制，其流程如圖5(a)所示。無線網關的軟件設計主要是對RT5350的程序設計，使RT5350控制SI4463進行數據收發和通過WIFI收發數據并對對數據進行解析和處理，其流程如圖5(b)所示。

表1　測試結果分析表

圖6　溫度采集顯示圖

4　實驗結果分析

為了驗證SI4463對WIFI無線網絡節點擴展,本實驗使用了5片SI4463無線通信模塊（一片用于無線網關，剩下的四片用于數據采集和設備控制單元）、一片RT5350（帶有WIFI）、4片STM32、四片溫度傳感器（DS18B20）、4片MQ-2氣敏式煙霧傳感器、8個紅外發射器（每個數據采集和設備控制單元兩個控制實驗室的兩臺空調）和兩盞LED小燈，在實驗室局域網內對一個WIFI網絡節點下擴展的無線網絡節點的可靠性進行了測試。對設備控制測試結果如表1所示。對溫度的采集測試如圖6所示，圖中空調顯示的室溫為19度，溫度傳感器采集的溫度數據在手機瀏覽器中顯示，房間為對應的數據采集和設備控制單元。

5　結束語

本文設計的智能家居系統，是基于現在家庭設備不斷增加的現狀而提出，充分利用了WIFI和SI4463無線通信模塊，增加對家庭設備的控制同時采集更多的家庭環境數據，讓人們能更加好的控制家庭的設備和了解家庭的環境。

參考文獻

[1]朱欣穎,陳曦.基于WIFI智能家居控制系統的設計[J].智能計算機與應用,2014,06:80-82.

[2]劉坤.基于WIFI技術的物聯網智能家居[J].無線互聯科技,2014,06:96.

[3]單春艷.基于Zigbee的智能家居系統[D].青島大學,2014.

[4]袁艦,高守瑋,王孝欣,崔徐佳,余盈寬.基于Si4463的無線語音系統設計[J].工業控制計算機,2014,11:105-106+108.

[5]袁新娣,李秋生.基于RT5350的嵌入式無線視頻數據采集系統[J].安徽大學學報(自然科學版),2014,06:60-65.

[6]袁新娣,李秋生.基于RT5350的嵌入式無線視頻數據采集系統[J].安徽大學學報(自然科學版),2014,38(06):60-65.

吳建鋒（1981－），男，浙江文成人，博士，工程師，現供職于杭州派尼澳電子科技有限公司，研究方向：智能家居及照明控制領域。

羅小文（1988－），男，江西吉安人，碩士，現就讀于杭州電子科技大學，研究領域：智能家居及嵌入式應用。

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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