本文選自《半導體照明》雜志2013年第11期(總第45期)
轉載請標注:中國半導體照明網、《半導體照明》雜志
隨著互聯網的發展，3G時代的到來，云計算與云網絡相涌而出，大數據的視頻可以直接下載到智能手機終端在線觀看，沒有絲毫地停滯。在這樣的大環境下，智能家居技術也在發生翻天覆地的變化。現階段知名品牌的智能控制產品仍以有線為主，如施耐德的C-BUS[1]、ABB的I-BUS、Honeywell的H-BUS、愛默爾的M-BUS，以及羅格朗TCL的SCS-BUS，基本上都是清一色的現場總線技術。隨著民用射頻無線通信技術的日漸成熟，如WiFi與ZigBee等[2]，較之有線技術有安裝拆卸方便、網絡結構簡單、成本低廉等明顯優勢。這些優勢加之云網絡的快捷與大數據存儲傳輸，將在照明、家電、安防等領域掀起一場轟轟烈烈的無線化智能控制革命。
自2012年8月23日騰訊微信公眾平臺正式上線以來，目前用戶遠超過3億，在城市里普及率極高，基本上人人都在用微信。微信的新功能尤其為當代青年熱愛，方便的語音信息收發只耗極少流量，較之于電話更省錢，也更酷。圖片收發再不用額外開通GPRS功能，也不用害怕圖片太大發不出去，一切都在彈指之間便輕松完成。
本文所述技術是嫁接在微信公眾平臺及其云網絡的一種智能控制技術，以下簡稱為微信智控。微信智控技術功能強大，所涉范圍極廣，可以應用在絕大多數智能控制場合。本文以智慧家居為例，將詳細闡述其基本原理及其強大的功能。
微信智控在智慧家居中的基本應用如圖1所示，當用戶在控制端通過手機或電腦上的微信向應用端發送文字、語音與圖片等信息時，這一信息很快會通過3G網絡傳輸到應用端附近的路由器。通過網線TCP/IP協議，路由器再將信息傳輸給微信智控網關(一種專門用于微信智控通信的網關)，該網關一邊進行數據存儲，一邊進行協議轉換，并很快將信息轉換成新的指令[3]。新指令在智慧照明、智慧家電與智慧安防應用中有不同的表現形式與傳輸方式，下面分別來論述它們。
一、微信智控之智慧照明
1.初識ZigBee協議
每個家庭都需要用燈具來照明，而控制燈具的方法現階段國內仍以普通開關為主，少數采用紅外遙控、315MHz與433MHz射頻遙控等方式。微信智控系統中采用2.4GHz的ZigBee協議[4]，而ZigBee采用了按需路由AODV算法，可以輕松地實現燈具之間的智能組網、智能擇路，遠距離無線傳遞信息。如圖2(a)所示，當ZigBee遙控開關(1號節點)對節點12的臺燈發出指令時，根據AODV算法，指令將被傳輸到節點3，然后是節點7、節點10、最后到達臺燈，臺燈根據指令做出相應的動作，如開、關、調光、定時等。當網絡上2號節點與7號節點被移除時，如圖2(b)所示，1號節點開關發出的指令時，會重新計算路線，新路線將途經節點3、節點6、節點11，最后到達節點12臺燈。由此可見，只要每兩個節點之間能保持通訊，則節點的增減不會對通訊造成影響。
2. 智慧照明原理
(1)遠程控制方式
當你身在千里之外使用手機上微信，并想控制家里的燈具照明時，你只需輕敲鍵盤輸入文字，或直接說話錄音，即可將指令經過互聯網發送到你家的路由器上。路由器再將指令通過網線傳輸給微信智控網關。如圖3所示，微信智控網關則將指令按ZigBee協議打包并通過ZigBee天線向外輻射出去。應用端ZigBee無線收發模塊[5]內置于燈具內，相鄰的兩個燈具之間可以相互通訊。眾多的燈具便可以組成一個照明網絡，網絡將按需路由算法AODV找到最優傳輸路線，并最終將指令發送到目標燈具，目標燈具則會立馬按照指令做出相應的反應，如開、關、調光、定時，或回傳當前工作狀態。
(2)遙控控制方式
微信智控之智慧照明系統不僅支持遠距離控制燈具，同時還能完全兼容近距離遙控。從圖3可以看出，近距離遙控的控制端主要有微信智控主機、電腦、手機與遙控器四種。它們的控制方式分別如下：第一種控制方式。主要是針對微信智控主機、電腦與手機設計的，這三種機器上安裝有相應的APP應用軟件，可以直接對家里的每盞燈進行開、關、調光與延時等操作。這三種機器都是通過WiFi與路由器互通，它們發出的指令到路由器后通過網線傳輸給微信智控網關，該網關再將指令通過ZigBee天線與照明網絡傳輸到目標燈具，該燈具根據要求做出相應的動作，并可回傳當時的工作狀態。可見這一控制方式中，當指令到達路由器后，與遠程控制方式基本相同。第二種控制方式，即遙控器控制方式。每個燈具在遙控器上都有一個位置按鍵與之對應，而像調光與延時等功能鍵則是共用的。舉個例子來說明，如打開臺燈并調到50%亮度，操作起來就是先按遙控器與臺燈對應的按鍵，此時表明后面的功能設定是針對臺燈的，與其他燈具無關。當臺燈收到“點名”指令時，就會將目前狀態置反，即如果原來臺燈是亮的，現在就會被關掉;如果原來臺燈是滅的，現在就會被點亮。臺燈點亮后，再用手指直接點擊連續調光環50%的位置即可。此種方式最為簡單，不需要路由器與網關等設備便可輕松實現控制燈具。
二、 微信智控之智慧家電
1.遠程控制方式
遠程控制方式與智慧照明相類似，當你在外地通過手機或電腦使用微信發送指令控制家里的空調、彩電與電飯等家電時，指令很快便會通過互聯網傳輸到家里的路由器上，路由器再將指令通過TCP/IP協議傳輸給微信智控網關。如圖4所示，微信智控網關則將指令重新打包并通過紅外LED照射出去，紅外線遇到墻壁會發生反射，最終信號會到達目標家電，目標家電將根據指令要求做出相應的動作，至此通訊結束。
不過此處控制電飯煲情況就比較特殊些，因為目前大多數電飯煲都沒有遙控功能，因此此處在電飯的供電處串接了一個ZigBee繼電器開關。這樣，當微信智控網關接到控制電飯的指令時就會采用ZigBee通訊方式，將指令發送給無線繼電器開關，后者將按指令開啟或斷開給電飯供電。
2.遙控控制方式
如圖4所示，智慧家電中也有四種控制終端，與智慧照明差不多。微信智控主機、電腦與手機控制時走的是無線網路，途經路由器與微信智控網關，最終由微信智控網關紅外遙控家電完成相應的動作，只是省去了局域網與云網絡通信部分，具體原理見上文。
而遙控器控制家電的情況比較普通，大家也都熟悉，這里不再贅述。
三、 微信智控之智慧安防
出差在外，如何了解家里現在狀況呢?如何為家人的生日送上一曲自己唱的歌曲呢?如果家里萬一發生了盜竊，或煤氣外泄，或有人入侵，你怎么知道呢?又該怎么做呢?答案就在后面的章節中。
1.遠程控制方式
(1)了解家里狀況
當你在另一個城市出差時，你可以打開手機登陸微信，向好友“家里”索取監控錄像，這一信息先傳輸到附近的通信基站，然后傳輸到天上的通信衛星，通信衛星再將信息傳輸給你家最近的通信基站，再由該基站將信息通過以太網傳輸到你家的路由器。如圖5所示，路由器通過網線將信息發送給微信智控網關，網關立即去讀取磁盤陣列存儲器中監控錄像的最后一段視頻，并將視頻傳給路由器。路由器再通過以太網將視頻傳送到你的手機微信上，看到這張段視頻，你便對家里狀況有了一個大致的了解。
(2)送上生日祝福歌曲
若是想為家人生日唱上一曲歌送給他/她，你可以像平時給微信語音對話一樣，按住錄音鍵開始唱，喝完松開手，點擊發送就可以了。微信智控網關接到你的語音信息后，將會通過家里音箱播放出來，家人聽到身在他鄉的你所唱的歌，此時此刻一定會異常的感動。
(3)報警系統
一旦家里出現了盜竊，或煤氣外泄，或有人入侵，相應的振動感應器、煙霧報警器、煤氣泄漏報警器與紅外探測器均會以ZigBee協議送報警信號發送給微信智控網關，后者一邊將報警信號和當前監控錄像通過路由器和以太網將信息發送到你的手機上，觸發手機報警事件，同時發送指令給無線聲光報警器，命令其開始工作，以現場警示。你亦可以在微信上發出警告，讓家里的揚聲器播放你的警告。你也可以打電話給親人或朋友前往你家，或打發生地報警電話等。
其中煙霧報警器被觸發時，還將同時打開水閘，開始灑水滅火。煤氣泄漏報警器被觸發時，發出報警的將同時將打開排氣扇將煤氣排出去。該系統智能、完善、方便使用、快捷、成本低廉、安全可靠，可將損失降低到最小。
2.遙控控制方式
同樣的，安防設備也可以在家里操控，常用的控制端主要有微信智控主機、電腦與手機。它們均采用WiFi協議與路由器通訊，路由器、微信智控網關與磁盤陣列存儲器之間用網線相連，見圖5。監控錄像每時每刻都在拍攝，并將數據采用WiFi傳輸給微信智控網關，后者將錄像存儲在磁盤陣列存儲器中，控制端如有需要，則讀取最后一段視頻或圖片傳輸過去。
家里的報警器根據盜竊、火警與入侵需要分為三類：振動感應器、煙霧報警器與紅外探測器。這三類報警器只要觸發條件存在，便會不斷地發送報警信號給微信智控網關，后者一邊將報警信號傳給路由器，路由器再將報警信號發送給控制端。微信智控網關還一邊發送信號給聲光報警器，命令其工作。若是三類報警觸發條件均被清除時，微信智控網關便命令聲光報警器“休眠”，回歸常態。當然也可以通過控制端發送“閉嘴”指令，讓聲光報警器停止報警;或斷開聲光報警器電源，讓其停止工作。
四、結語
微信智控系統集智慧照明、智慧家電與智慧安防于一身，利用微信現有網絡與云服務，有組網簡單、成本與維護成本低廉、操作簡單、功能齊全、系統完善、安全可靠等優點，是目前最適合普通家庭使用的智慧家居系統之一。
