一种基于WIFI方式的无线开关智能模块原理分析与设计

黄思淮 王金刚 南京工程学院

1 基于WIFI方式的无线开关智能模块工作原理及模式

1.1 softAP

在基于WIFI方式的无线开关智能模块当中，其具有一种与手机开启热点极为相近的功能模式即softAP，其功能基本与AP一致，但相对于AP广阔的覆盖范围，其覆盖面相对较小。softAP支持通过对无线网卡进行更换的升级方式，且对接口要求并不高，智能手机、个人电脑等均可以作为其接口，在与WIFI网络相互连接下，便可以构成一个完整的局域网，使得其他各设备也可以连接至网络当中。

1.2 station

Station工作模式也是此种基于WIFI方式的无线开关智能模块中比较常用的一种工作模式，其功能接近笔记本电脑当中的无线网卡。通过将各设备网络热点与智能芯片相互连接，利用路由器便可以将所有智能开关一并连接至网络当中。此时手机移动客户端借助云端服务器便可以自由完成各项信息数据的上传下载和交互处理。通过将智能开关连接家庭个人WIFI网络当中，不仅可以有效保障网络具有较高的安全稳定性，同时也有助于节约成本费用。在将智能手机作为用户端时，APP端将负责完成控制家居电器开断等控制指令的远程发送，进而实现对家居电器的远程智能控制。

1.3 共存模式

为了能够进一步提高基于WIFI方式的无线开关智能模块的应用效果，除了单纯使用上述两种工作模式之外，还可以通过将二者相互整合，及运用softAP和station相互共存的模式。通过实现两种模式的优势互补，以此有效提高无线开关智能模块的经济性和有效性。此种模式在工作中，通过以智能芯片为热点，使得其他设备也可以连接至组网当中，在WIFI信号的作用下，与云端服务器相互连接，此时智能手机移动客户端发送的控制指令便可以经由云端服务器直接传输至各相关设备当中，以此有效完成对家居电器的远程开断等智能控制。此时家居电器的开关状态以及其他相关信息也将一并反馈回智能手机移动客户端处。本文在设计基于WIFI方式的无线开关智能模块当中，便通过将包括智能手机等在内的用户设备作为连接智能芯片的station的softAP接口，在对利用路由器连接至网络中的这一接口进行有效控制，即可在确保网络安全稳定的前提下实现对家居电器开关的远程智能控制。

2 基于WIFI方式的无线开关智能模块设计

2.1 硬件设计

本文在对基于WIFI方式的无线开关智能模块进行设计的过程中，在其硬件部分选择使用采用电压驱动方式的且拥有一组100mΩ接触电阻的常开触点，其触点负载为15A/250VAC，切换电流及其功率的最大值可以分别达到15A和3750V。技能能够满足基于WIFI方式的无线开关智能控制模块的驱动需求。在电源模块当中，本文通过设计选择使用具有较高进精度的AMS1117，其通过实现过热保护以及限流电路成功集成，不仅具有质量轻、体积小的重要优势，同时也大大增加了电源模块工作的安全性。

作为该智能模块最为重要的部件，在智能芯片的设计中，因考虑到ESP8266 WIFI芯片中的处理器功耗极低，CPU时钟速度较高，并且支持包括802.11 b/g/n/e/i等在内的众多WIFI通讯协议。因此选择将其作为该WIFI智能模块的核心芯片。在这一智能芯片当中同时拥有主动和被动扫描功能，因此当其在成功接收到启动指令后便可以自主完成指令执行。在管理执电源时，几乎不与主机进行互动，因此可以有效节约工作时间实现快速精准反映，在顺利完成对家居电器开关的远程智能控制下还可以达到控制功耗的目的。系统在工作过程中，依托现有的WIFI网络，智能手机移动客户端将把用户端和云端服务器连接在一起，待后者成功接受后通过WIFI发送，由该智能芯片的内置天线经由802.11.b协议完成指令接收。此时芯片将自动调整至softAP + Station模式，在芯片中的内置CPU成功解码分析接收的指令信息后，解码信息将被转换成电平信号形式并及时反馈到继电器模块中，进而因其GPIO引脚动作，以此对连接着外部电路的各类家居电器开关进行远程控制。此时通过电平信号，各类家用电器开关状态信息将被传输回该智能芯片中，由其负责进行打包处理后利用WIFI信号重新传输给云端服务器。并最终利用WIFI网络或是移动通讯网络将经过打包的家居电器开关信息传输并显示在用户智能手机的移动客户端当中。由于本文在设计基于WIFI方式的无线控制智能模块中采用了softAP与Station模式相互共存的模式，因此不仅可以通过WIFI信号和无线路由器完成对各家居电器开关的远程集中控制，同时也支持智能手机通过连接移动通讯网络如4G网等实现直连，进而远程控制连接着外部电路的各家居电器开关。

2.2 软件设计

本文在设计基于WIFI方式的无线开关智能模块的软件部分中，采用了嵌入式程序设计理念，通过利用由文本编辑器和Lua解释器及其编译器共同构成的开发环境，直接完成相关程序代码的编写工作。而考虑到各操作系统的编辑器不尽相同，因此使得编辑器版本之间也千差万别。为此，本文在设计过程中选择了具有操作简便、适用范围广泛等优势特征的Notepad编辑器。在文本编辑器当中其需要编辑的文件即源文件中含有程序源代码，因此通过直接利用Lua解释器便可以同步完成Lua命令的输入和执行，并且在出现错误的情况下可以自动停止执行命令程序。在实际运行中，当TCP成功处于连接状态后，softAP模块将负责对各传感器采集得到的电流、电压等参数进行统一检测和分配、存储，随后利用WIFI信号直接将其传输至云端服务器中。WIFI模块在开始运行后，首先需要智能控制模块的工作模式进行相应设置，如果sation成功连接，则需要对静态IP以及端口号进行相应设置，此时将出现大约1s的延时情况。在现实DHCP配置完成后模块将自动进行Espcon.n参数设置并注册连接回调参数，随后通过依次完成TCP侦听建立、接收客户端数据以及判别数据类型后，如果为传感器传来的信息，则直接进行数据的存储和反馈即可。而如果为指令类数据，则模块将在WIFI信号下直接发出控制指令实现对家电开关的远程控制。

3 结束语

本文通过对基于WIFI方式的无线开关智能模块进行分析研究，指出其通过利用WIFI信号进行传输，不仅可以具备较高的传输速率和传输质量，同时也可以达到控制成本、降低能耗的效果。但由于受到篇幅限制和笔者自身学识的影响，本文并未对设计的基于WIFI方式的无线开关智能模块的实际应用成效展开相关研究，因此研究还存在实践性不足的问题，有待日后的进一步改进。