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无线模块扩展:几种无线模块技术应用在智能家居上的对比

来源: 作者: 发布日期:2016-09-01 09:18:25 加入收藏 关注:
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 相对于无线模块控制系统而言,有线控制不仅需要布线比较麻烦,而且系统的可扩展性也相对比较差,而且如果增加新设备时又需要重新布线,成本对比来说略高,因此也不奇怪如今无线通信技术对智能家居的选择应用了。

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    在近几年来,近距离无线模块通信术获得了飞速发展,包括红外、蓝牙(Blue-tooth)ZigbeeInsteonWiFi等技术。它们都有各自的标准、特点和相应的应用领域。本文将简单介绍无线系统在智能家居行业的应用对比:

 

  ZigBee

 

  市场上应用比较多的无线技术还有ZigBeeZigBee技术是一组基于IEEE802.15.4无线模块标准研制开发的涉及到组网、安全和应用软件方面的通信技术,它是短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线网络技术,它使用的频段是全球通用的2.4GHZ(同时也定义了868HZ/915HZ两个频段)ZeeBee技术有如下优点:

 

  · 数据传输速率低:只有10250kbps的带宽,因而它专注于低速数据传输方面应用;

 

  · 功耗低,成本低:由于工作周期很短,并且在应用中采用了休眠模式,那么收发信息功耗较低。ZigBee数据传输速率低、协议简单,这大大降低了成本;

 

  · 网络容量大:ZigBee支持星状、片状和网状网络结构,一个基于ZigBee的网络可以容纳最多254个从设备和1个主设备,一个区域内可以同时存在最多100ZigBee网络;

 

  · 迟延短:通常的迟延都在1530ms之间,因此在对实时性要求高的自动控制领域,ZigBee有着很好的应用和推广的价值;

 

  · 保密性好:ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能,加密算法采用通用的AES-128,长达128位的密码给ZIGBEE信号传输的保密性提供了保障。

 

  · 有效范围小:ZigBee的通信有效覆盖范围在1075m之间,基本上能够覆盖普通的家庭或者办公室环境,其具体的通信范围受实际发射功率的大小和各种不同应用模式的影响。

 

  ·抗干扰力强:Zigbee收发模块使用的是2.4G直序扩频技术,比起一般FSKASK和跳频的数传电台来,具有更好的抗干扰能力。

 

  ·可扩展性强:ZIGBEE组网容易,自恢复能力强,因此,便于在设备进行扩展,增加新设备。

 

  ZigBee建立在IEEE802.15.4标准之上,并确定了可以在不同制造商之间共用的应用协议,是一种低成本的无线模块传感器网络技术,依据这个标准,可在众多的传感器节点之间相互协调实现通信。ZigBee主要应用在距离短、功耗低且传输速率要求不高的各种电子设备之间的通信,因而它的主用应用目标是:工业控制、医护、智能家居控制(灯关、水电气计量及报警)、消费类电子设备的遥控装置、PC外设的无线连接等领域。

 

  基于ZigBee技术有着这样良好的适应性,目前在智能家居行业得到了比较多的应用。比如说,目前市场上control4系统,其在如火如荼的物联网技术中也有广泛的应用,笔者认为,基于智能家居的需求和ZigBee技术具有的特点,决定了ZigBee技术是实现无线智能家居系统的比较好的解决方案。

 

  WiFi

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  WiFi,这种无线技术的优势是技术研发门槛低,产品成本低。由于技术开发难度小,很多初创企业均以WiFi为基础开发智慧家居产品,但 其缺点也非常明显。首先,WiFi最大的问题是安全性非常低,产品的无线稳定性也比较差,用户体验度不好。最近外媒相继报导了美国贝尔金等公司的智慧家居 产品被骇客轻松攻破,央视近日也报导了美国骇客展示了如何使用无人遥控飞机轻松获取开启WiFi功能手机用户的所有讯息。很难想像,假如你的邻居可以轻松 获知你家所有讯息,可以知道你家是否有人、是否睡觉甚至连你正在看什么影片他都了如指掌。

 

  其次,WiFi无线模块的功耗高也是其很大的弱点,这也导致其在智慧家居领域的应用有限。由于其功耗较高,WiFi将不能用在诸如智慧门锁、红外转发控制 器、各种感应器等产品内,而智慧门锁是智慧家庭不可或缺的产品之一。而温湿度感应器、光照感应器、烟雾探测器等各类感应器也是智慧家居系统必不可少的部 分。

 

  再次,WiFi无线组网能力低,扩展空间受限制。目前,WiFi网络的实际规模一般不超过16个设备,而普通家庭内开关、电灯、家电的数量已经远远超过16个了,显然基于WiFi技术的智慧家居系统可以连接的设备数量非常有限,未来发展空间受限。

 

  315MHZ

 

  根据国际上所采用的通用技术种类将无线传感器网络划分为无线广域网(WWAN)、无线城域网(WMAN)、无线局域网(WLAN)、无线个域网(WPAN)、低速率无线个域网(LR-WPAN)。目前在智能家居系统中主要应用的是低速率无线个域网,包括ZigBeeInsteonZ-waveHomePlug等技术。同时在无线通信中应用的无线电波作为电磁频谱上的一部分,绝大多数的无线频率都在加以分配之后进行应用,有许多频率处于特别许可的频段,比如作为军事或者其它用途;而某些行业内的公司,需缴付相应的费用来获取使用某些频率的许可,对于一个特定的国家或者地区,这些许可常常也是特定的。然而有一些频段是可以不经许可、自由使用的,包括工业、科学或医疗(ISM)频段。对使用者的要求是,他们需要遵循某些管制的规定,例如限制发送功率等。目前,在全球范围内通用的频率是2.4GHZ1GHZ以下的频率根据各个国家的规定而有所不同,在美国和亚洲地区通用使用的频率是315MHZ

 

  对于315M HZ频率的无线智能家居系统,目前在国内已经有了比较广泛的应用,以HoneywellMomas HRIS-1000产品为例,这套系统避免了大量的布线,同时又可以轻松地实现灯光、窗帘的控制,以及对空调地暖等设备的控制,并具防盗报警和场景控制、远程控制等功能。在系统的整个架构中,可以看出应用到的无线技术包括WI-FI, 无线红外技术(通过红外学习模块实现需要的功能)315MHZ无线射频技术。

 

  简单分析一下所应用的技术。无线模块红外技术是一种利用红外线进行点对点短距离通信技术,主要特点是:利用红外传输数据,无须专门申请特定频段的使用执照;具有设备体积小、功率低的特点;由于采用点到点的连接,数据传输所受到的干扰较小,数据传输速率高,速率可达到16Mbps。但红外技术缺陷主要有:

 

  · 受视距影响,其传输距离短;

 

  · 要求通信设备的位置固定;

 

  · 其点对点的传输连接,无法灵活的组成网络等。

 

  不过,这些缺点并没有给无线红外的应用带来致命的障碍,比如说在影音系统中得到广泛的应用,适合的就是最好的。

 

  315MHZ无线模块射频技术也是一种近距离、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,成本适中。这种技术对于已经装修好的用户非常适用,无须预先布线,不会破坏原有家居的美观,使用了基于无线射频技术的设备,可以将家里所有的电器串成一个网络,在这个网络中,住户可以随意遥控,对每个电器都能进行控制,体现智能化。系统中使用的WiFi技术是目前最普及,应用最广泛的无线标准,在HRIS-1000系统中的应用主要是指可以通过手持设备,ipad等对系统进行相关的配置和控制,实现所需要的功能。

 

  系统中三种无线模块技术的相互应用,很好地实现了智能家居的控制,例如系统中红外发射设备是通过无线射频的方式和主机进行通信的,再通过发射红外线去控制相应的设备,这样此设备就可以根据需要放在适合的地方,提供电源即可。可以用IPAD通过WiFi对系统进行配置,也可以通过其客户端对系统进行控制,应用非常灵活,给客户使用带来了很多的便利性。

 

  无线模块射频信号可以穿墙越壁,不受任何外物遮挡。系统在开发环境中覆盖范围可达100m,同时耗电量低,覆盖面广,任何角落,均可操作。以一所180m2的住宅为例,室内长30米,以100m的覆盖范围计算,用户无论走到哪里,各个开关都可以接收遥控器的指令。每个遥控器,开关或调光开关都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,控制预设的灯光组合,而不需要敷设任何通信线缆。但是室内30m的遥控距离已经是无线射频技术的极限了(随着穿越不同的介质,信号衰减的幅度有所不同),同时,如果超过这个距离,无线信号易受同频干扰,这也是无线射频技术最大的一个缺陷。影响无线传输距离的因素包括设备的灵敏度、发射功率、天线,以及使用环境等等因素。如果希望提高传输的距离,可以从这几个方面着手考虑相应的解决方案。按照理论上的计算,发射功率每增加6dB,传输的距离可以增加一倍;发射的频率增加一倍,则传输距离减少一半,例如433MHZ的传输距离约是868MHZ的两倍。目前,很多厂家均可以提供相关的专业设备来测试信号的强度,以满足现场调试的需要。

 

  ④ 红外线技术

 

  红外线会议系统当前被认为是较有发展前途的新型会议系统。红外通讯技术的特点:

 

  1.它是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术,被众多的硬件和软件平台所支持;

 

  2.通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发。

 

  3.主要是用来取代点对点的线缆连接;

 

  4.具有不能穿透障碍物的特性,有效保障了会议信息的安全与保密;

 

  5.安装方便快捷,成本低;

 

 

 

注意一下红外线技术的一些局限性。在进行系统安装时, 设备距离红外信号收发器的距离通常比较短,大都在10米内,且应远离其它红外光源(如日光灯,等离子屏等),以避免干扰

 

 蓝牙技术Bluetooth

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  大家对蓝牙技术的熟知,恐怕要属手机上的蓝牙功能了。其功耗以及成本都介于WiFiZigbee两者之间,但传输距离最短,属一种点对点、短距离的通讯方式,因在移动设备或较短距离间传输,故蓝牙产品会提供一些较为私人化的使用体验,例如蓝牙耳机、蓝牙喇叭、智能秤等,由于其传输距离较短,所以并不适合组建庞大的家庭网络

 

  由上面分别介绍来看,不难得出一个结论:每一个技术都有相应的优势与不足。相信在不久的无线模块将来可以完善不完美的地方,互相借鉴,推动整个社会的科技发展。

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