本文选自《半导体照明》杂志2013年第11期(总第45期)
转载请标注:中国半导体照明网、《半导体照明》杂志
随着互联网的发展，3G时代的到来，云计算与云网络相涌而出，大数据的视频可以直接下载到智能手机终端在线观看，没有丝毫地停滞。在这样的大环境下，智能家居技术也在发生翻天覆地的变化。现阶段知名品牌的智能控制产品仍以有线为主，如施耐德的C-BUS[1]、ABB的I-BUS、Honeywell的H-BUS、爱默尔的M-BUS，以及罗格朗TCL的SCS-BUS，基本上都是清一色的现场总线技术。随着民用射频无线通信技术的日渐成熟，如WiFi与ZigBee等[2]，较之有线技术有安装拆卸方便、网络结构简单、成本低廉等明显优势。这些优势加之云网络的快捷与大数据存储传输，将在照明、家电、安防等领域掀起一场轰轰烈烈的无线化智能控制革命。
自2012年8月23日腾讯微信公众平台正式上线以来，目前用户远超过3亿，在城市里普及率极高，基本上人人都在用微信。微信的新功能尤其为当代青年热爱，方便的语音信息收发只耗极少流量，较之于电话更省钱，也更酷。图片收发再不用额外开通GPRS功能，也不用害怕图片太大发不出去，一切都在弹指之间便轻松完成。
本文所述技术是嫁接在微信公众平台及其云网络的一种智能控制技术，以下简称为微信智控。微信智控技术功能强大，所涉范围极广，可以应用在绝大多数智能控制场合。本文以智慧家居为例，将详细阐述其基本原理及其强大的功能。
微信智控在智慧家居中的基本应用如图1所示，当用户在控制端通过手机或电脑上的微信向应用端发送文字、语音与图片等信息时，这一信息很快会通过3G网络传输到应用端附近的路由器。通过网线TCP/IP协议，路由器再将信息传输给微信智控网关(一种专门用于微信智控通信的网关)，该网关一边进行数据存储，一边进行协议转换，并很快将信息转换成新的指令[3]。新指令在智慧照明、智慧家电与智慧安防应用中有不同的表现形式与传输方式，下面分别来论述它们。
一、微信智控之智慧照明
1.初识ZigBee协议
每个家庭都需要用灯具来照明，而控制灯具的方法现阶段国内仍以普通开关为主，少数采用红外遥控、315MHz与433MHz射频遥控等方式。微信智控系统中采用2.4GHz的ZigBee协议[4]，而ZigBee采用了按需路由AODV算法，可以轻松地实现灯具之间的智能组网、智能择路，远距离无线传递信息。如图2(a)所示，当ZigBee遥控开关(1号节点)对节点12的台灯发出指令时，根据AODV算法，指令将被传输到节点3，然后是节点7、节点10、最后到达台灯，台灯根据指令做出相应的动作，如开、关、调光、定时等。当网络上2号节点与7号节点被移除时，如图2(b)所示，1号节点开关发出的指令时，会重新计算路线，新路线将途经节点3、节点6、节点11，最后到达节点12台灯。由此可见，只要每两个节点之间能保持通讯，则节点的增减不会对通讯造成影响。
2. 智慧照明原理
(1)远程控制方式
当你身在千里之外使用手机上微信，并想控制家里的灯具照明时，你只需轻敲键盘输入文字，或直接说话录音，即可将指令经过互联网发送到你家的路由器上。路由器再将指令通过网线传输给微信智控网关。如图3所示，微信智控网关则将指令按ZigBee协议打包并通过ZigBee天线向外辐射出去。应用端ZigBee无线收发模块[5]内置于灯具内，相邻的两个灯具之间可以相互通讯。众多的灯具便可以组成一个照明网络，网络将按需路由算法AODV找到最优传输路线，并最终将指令发送到目标灯具，目标灯具则会立马按照指令做出相应的反应，如开、关、调光、定时，或回传当前工作状态。
(2)遥控控制方式
微信智控之智慧照明系统不仅支持远距离控制灯具，同时还能完全兼容近距离遥控。从图3可以看出，近距离遥控的控制端主要有微信智控主机、电脑、手机与遥控器四种。它们的控制方式分别如下：第一种控制方式。主要是针对微信智控主机、电脑与手机设计的，这三种机器上安装有相应的APP应用软件，可以直接对家里的每盏灯进行开、关、调光与延时等操作。这三种机器都是通过WiFi与路由器互通，它们发出的指令到路由器后通过网线传输给微信智控网关，该网关再将指令通过ZigBee天线与照明网络传输到目标灯具，该灯具根据要求做出相应的动作，并可回传当时的工作状态。可见这一控制方式中，当指令到达路由器后，与远程控制方式基本相同。第二种控制方式，即遥控器控制方式。每个灯具在遥控器上都有一个位置按键与之对应，而像调光与延时等功能键则是共用的。举个例子来说明，如打开台灯并调到50%亮度，操作起来就是先按遥控器与台灯对应的按键，此时表明后面的功能设定是针对台灯的，与其他灯具无关。当台灯收到“点名”指令时，就会将目前状态置反，即如果原来台灯是亮的，现在就会被关掉;如果原来台灯是灭的，现在就会被点亮。台灯点亮后，再用手指直接点击连续调光环50%的位置即可。此种方式最为简单，不需要路由器与网关等设备便可轻松实现控制灯具。
二、 微信智控之智慧家电
1.远程控制方式
远程控制方式与智慧照明相类似，当你在外地通过手机或电脑使用微信发送指令控制家里的空调、彩电与电饭等家电时，指令很快便会通过互联网传输到家里的路由器上，路由器再将指令通过TCP/IP协议传输给微信智控网关。如图4所示，微信智控网关则将指令重新打包并通过红外LED照射出去，红外线遇到墙壁会发生反射，最终信号会到达目标家电，目标家电将根据指令要求做出相应的动作，至此通讯结束。
不过此处控制电饭煲情况就比较特殊些，因为目前大多数电饭煲都没有遥控功能，因此此处在电饭的供电处串接了一个ZigBee继电器开关。这样，当微信智控网关接到控制电饭的指令时就会采用ZigBee通讯方式，将指令发送给无线继电器开关，后者将按指令开启或断开给电饭供电。
2.遥控控制方式
如图4所示，智慧家电中也有四种控制终端，与智慧照明差不多。微信智控主机、电脑与手机控制时走的是无线网路，途经路由器与微信智控网关，最终由微信智控网关红外遥控家电完成相应的动作，只是省去了局域网与云网络通信部分，具体原理见上文。
而遥控器控制家电的情况比较普通，大家也都熟悉，这里不再赘述。
三、 微信智控之智慧安防
出差在外，如何了解家里现在状况呢?如何为家人的生日送上一曲自己唱的歌曲呢?如果家里万一发生了盗窃，或煤气外泄，或有人入侵，你怎么知道呢?又该怎么做呢?答案就在后面的章节中。
1.远程控制方式
(1)了解家里状况
当你在另一个城市出差时，你可以打开手机登陆微信，向好友“家里”索取监控录像，这一信息先传输到附近的通信基站，然后传输到天上的通信卫星，通信卫星再将信息传输给你家最近的通信基站，再由该基站将信息通过以太网传输到你家的路由器。如图5所示，路由器通过网线将信息发送给微信智控网关，网关立即去读取磁盘阵列存储器中监控录像的最后一段视频，并将视频传给路由器。路由器再通过以太网将视频传送到你的手机微信上，看到这张段视频，你便对家里状况有了一个大致的了解。
(2)送上生日祝福歌曲
若是想为家人生日唱上一曲歌送给他/她，你可以像平时给微信语音对话一样，按住录音键开始唱，喝完松开手，点击发送就可以了。微信智控网关接到你的语音信息后，将会通过家里音箱播放出来，家人听到身在他乡的你所唱的歌，此时此刻一定会异常的感动。
(3)报警系统
一旦家里出现了盗窃，或煤气外泄，或有人入侵，相应的振动感应器、烟雾报警器、煤气泄漏报警器与红外探测器均会以ZigBee协议送报警信号发送给微信智控网关，后者一边将报警信号和当前监控录像通过路由器和以太网将信息发送到你的手机上，触发手机报警事件，同时发送指令给无线声光报警器，命令其开始工作，以现场警示。你亦可以在微信上发出警告，让家里的扬声器播放你的警告。你也可以打电话给亲人或朋友前往你家，或打发生地报警电话等。
其中烟雾报警器被触发时，还将同时打开水闸，开始洒水灭火。煤气泄漏报警器被触发时，发出报警的将同时将打开排气扇将煤气排出去。该系统智能、完善、方便使用、快捷、成本低廉、安全可靠，可将损失降低到最小。
2.遥控控制方式
同样的，安防设备也可以在家里操控，常用的控制端主要有微信智控主机、电脑与手机。它们均采用WiFi协议与路由器通讯，路由器、微信智控网关与磁盘阵列存储器之间用网线相连，见图5。监控录像每时每刻都在拍摄，并将数据采用WiFi传输给微信智控网关，后者将录像存储在磁盘阵列存储器中，控制端如有需要，则读取最后一段视频或图片传输过去。
家里的报警器根据盗窃、火警与入侵需要分为三类：振动感应器、烟雾报警器与红外探测器。这三类报警器只要触发条件存在，便会不断地发送报警信号给微信智控网关，后者一边将报警信号传给路由器，路由器再将报警信号发送给控制端。微信智控网关还一边发送信号给声光报警器，命令其工作。若是三类报警触发条件均被清除时，微信智控网关便命令声光报警器“休眠”，回归常态。当然也可以通过控制端发送“闭嘴”指令，让声光报警器停止报警;或断开声光报警器电源，让其停止工作。
四、结语
微信智控系统集智慧照明、智慧家电与智慧安防于一身，利用微信现有网络与云服务，有组网简单、成本与维护成本低廉、操作简单、功能齐全、系统完善、安全可靠等优点，是目前最适合普通家庭使用的智慧家居系统之一。
