智能家居中电热水器设计方案
IA4421只需使用5个I/O口即可工作，采用SPI兼容控制接口作为数据通讯接口。各个接口功能如下：SCK：SPI串口时钟输入；SDI：SPI串口数据输入；NSEL：SPI片选输入(低电平有效)；SDO：SPI串口数据输出；NIRQ：中断请求输出(低电平有效)；芯片具有体积小、功耗低等优点，非常适合于无线设备。电路连接如图5所示。
图5 无线模块接口
5.遥控系统硬件框架
该遥控采用PIC微控器、IA4421无线传输芯片,基于IA4421的无线模块工作频率为433MHz、通讯速率为9.6KB、数据传输空旷距离不小于110米、至少能够穿透2堵墙,可以满足大部分用户要求。该无线摇控器具有功能如下：设定水温温度、显示水温温度、设定即时加热模式、设定主机电源开关、设定智能控制、功率档位设定、时间显示、具备运行模式和睡眠模式、无线学习，当学习键按下时，进入学习状态，学习指示灯LED亮，当学习成功后，立即返回，LED灯灭，平时为透明数据传送状态。遥控系统硬件结构如图6所示。
图6 遥控系统硬件框图
电源部分使用2颗1.5V的AAA电池供电。系统待机的状态下，IA4421和PIC16F689都处于睡眠状态，LCD关闭，降低系统的功耗。
IA4421模块电路连接与接收系统的模块部分基本一样，如图4所示，都是使用SPI方式与无线模块通信。
6. 接收控制系统软件框图
图7 接收控制系统软件结构
本方案软件设计结构如图7所示，由于该流程比较复杂，受篇幅有限，本文只对其比较重要的部分作一个大概的介绍。
6.1 IA4421驱动流程
图8 IA4421驱动
6.2以太网驱动流程
以太网驱动有3种通讯模式，分别为TCP SERVER模式、TCP CLIENT模式、UDP模式 ，本文使用UDP模式，UDP模式比TCP模式具有更高的效率和更快的速度。在此模式下无需建立连接的请求和应答，数据直接进行双向数据传输。具体流程简图如图9所示。
图9 以太网驱动流程
其中，各状态说明如下：
①SM_APP_INIT： 起始状态，进行初始化，并根据参数设置进入相关状态。
②SM_APP_ARP_ASK: 向远端主机发出地址解析包，根据IP 地址请求对应的网络地址。
③SM_APP_ARP_RESOLVE: 接受远端主机发出地址解析包，设置远端主机的网络地址。
④SM_APP_UDP_SOCKET: 建立UPD 连接。
⑤SM_APP_UDP: 进行UPD连接模式下的数据接收和发送。
⑥SM_APP_ERROR: 空状态，用于程序的调试。
7. RF遥控系统软件框架
图10 RF遥控软件结构
RF遥控软件流程如图10所示，包括MCU的初始化、变量初始化、IA4421初始化、LCD初始化、主程序的循环检测。
主循环包括按键输入检测、无线数据发送、无线信号的接收和反馈数据的处理、LCD数据显示，即能正确地发送用户输入的信息以及把热水器的各个状态及时反馈回手持设备的LCD上，让用户一目了然。
8. 小结
本文对我司研发的智能热水器方案的功能、硬件和软件作了一个简单的介绍。该方案主要是以IAI442X系列芯片和PIC系列微控制器研发的智能家居控制方案，可以方便地推广应用到各种智能家居系统中。