CN109839970B - 一种提高温控器产品Wi-Fi联网稳定性生成方法 - Google Patents
一种提高温控器产品Wi-Fi联网稳定性生成方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于提高温控器产品Wi‑Fi联网稳定性生成的方法，包括多天线阵列智能切换单元和人机接口面板；多天线阵列智能切换单元包括微处理器MCU、射频收发器、射频匹配滤波块和多天线阵列；人机接口面板包括面板显示器和面板操作区；用于提高温控器产品Wi‑Fi联网稳定性的技术方案采用多天线阵列智能切换的Wi‑Fi模块设计，使得温控器能在更多复杂应用环境下仍可确保Wi‑Fi的联网稳定性，且成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及Wi-Fi模块软硬件设计，提出了一种提高温控器产品Wi-Fi联网稳定性生成方法。
背景技术
温控器等Wi-Fi物联网设备常常要安装到各种复杂的家居应用场景里面，而Wi-Fi联网的稳定性是一个十分棘手的问题。当前市场上的Wi-Fi物联网设备采用的技术方案或采用单一天线，导致产品的天线方向性、增益等比较固定，不能适应复杂环境变化；或采用单一频段，当该频段受到强烈的无线电干扰时，产品只能中断无线连接，并且缺少无线射频链路自动控制技术，使用既定的发射功率、发射射频路径，不能自动切换以适应复杂的应用场景；而实际的家居环境非常容易让Wi-Fi信号受干扰或衰减而让Wi-Fi的联网稳定性变得比较脆弱。
发明内容
有鉴于此，为了达到上述方案的效果，本发明提供一种低成本的用于解决Wi-Fi联网温控器产品在复杂环境下存在的联网稳定性问题的技术方案：
本发明中的用于提高温控器产品Wi-Fi联网稳定性的技术方案，包含以下步骤:
1.一种提高温控器产品Wi-Fi联网稳定性生成方法，其特征在于，包含以下步骤:步骤一：微处理器MCU的设计
多天线阵列智能切换单元设计有微处理器MCU；微处理器MCU由多路子开关、电流互感器、切换控制电路和通信总线组成，多路子开关分别对应一条线路连接；多路子开关并联后与交流互感器和控制电路依次串联；多路子开关的结构相同，均包括一个接触器、一个辅助继电器和一个二极管，其中二极管的负极与辅助继电器串联后与接触器并联；微处理器MCU的控制电路利用交流互感器检测负荷电流进行系统状态判断，并根据上级主控的切换指令，切换开关控制电路产生控制信号，控制接触器和辅助继电器的通断电；
微处理器MCU首先根据接收进来的2.4G和5G信号的RSSI值(接收信号灵敏度指标)，判断哪个频段的信号质量较好即选择使用哪个频段；选定频段后，再根据当前频段不同天线接收进来信号的RSSI值，判断哪个天线的信号质量较好即选择哪个天线进行通信；
步骤二：射频收发器的设计
多天线阵列智能切换单元设计有射频收发器；射频收发器将差动射频RF信号变换成单端RF信号，以准许射频收发器在第一频带和不同于第一频带的第二频带中的一者中发射单端RF信号；射频收发器选择2.4G频带和5G频带中的一者，且适于调整差动射频RF信号的增益，以准许在2.4G频带和5G频带的一者中以所有输出功率电频来发射单端RF信号；
射频收发器用于发射和接收Wi-Fi信号，将射频传导信号，传输至相应的天线，并辐射出无线电波；射频收发器包括N路的2.4G Wi-Fi射频收发器和M路的5G Wi-Fi射频收发器，其中，N≥2，M≥2；
射频收发器的工作点z为射频收发器输出功率和饱和功率p的比值，用公式一表示
公式一
公式一中：xi表示射频收发器的输入载波功率；Bn和Gn分别表示第n个射频收发器的带宽和增益；n(i)表示该第n个射频收发器被分配到第i个射频匹配滤波块；Ts表示温控器温度；Kc为波尔茨曼常数；
步骤三：射频匹配滤波块的设计
多天线阵列智能切换单元设计有射频匹配滤波块；射频匹配滤波块设计有射频匹配、滤波电路和天线开关；射频匹配滤波块包括N路的2.4G Wi-Fi射频匹配滤波块和M路的5G Wi-Fi射频匹配滤波块；
第i个射频匹配滤波块的输出载波频率y(i)；
公式二
公式二中：g(z)为射频收发器的增益非线性函数；
射频收发器的非线性交调特征函数h(z)和增益非线性函数g(z)用公式三表示
公式三
公式三中：ρg和ρh表示射频收发器的非线性效应，ρg为2.4G频带抑制因子，ρg＝1.27；ρh为5G频带抑制因子，ρh＝0.123；
步骤四：多天线阵列的设计
多天线阵列智能切换单元设计有多天线阵列；多天线阵列可以实时接收空气中的无线电波，并转化为射频信号传输到系统中来；多天线阵列包括N路的2.4GWi-Fi天线和M路的5G Wi-Fi天线；多天线阵列分布在设备的各个角落；
微处理器MCU将多天线阵列接收到的射频信号强度，动态调整温控器设备的频段、射频天线和发射功率，微处理器MCU发出射频开关控制信号，根据多天线阵列接收的信号强度自动选择哪个天线用于当前的Wi-Fi无线连接；
步骤五：人机接口面板的设计
人机接口面板设计有面板显示器、面板边框和面板操作区；面板显示器设计有接收信号灵敏RSSI值区域，当前温度显示值区域，工作状态区域和温度设定值区域；
面板显示器的四周包裹有面板边框；其中面板边框左边、右边和上边的宽度均为2cm，下边的宽度为3cm；在面板边框上，面板显示器的下边区域设计有面板操作区；面板操作区设计有圆形的凹面的电源开关，电源开关的圆形半径为0.5cm；
面板操作区设计有圆形的凹面的手自动切换按钮，手自动切换按钮的圆形半径为0.3cm；面板操作区设计有圆形的凹面的设定值增按钮，设定值增按钮的圆形半径为0.3cm；面板操作区设计有圆形的凹面的设定值减按钮，设定值减按钮的圆形半径为0.3cm；面板操作区设计有圆形的凹面的定时按钮，定时按钮(235)的圆形半径为0.3cm；
均为圆形设计的电源开关、手自动切换按钮、设定值增按钮、设定值减按钮、定时按钮的圆心在一条直线上，等间距依次均匀排列。
附图说明
图1多天线阵列智能切换单元结构图：多天线阵列智能切换单元1、微处理器MCU11、射频收发器12、2.4G Wi-Fi射频收发器121、5G Wi-Fi射频收发器122、射频匹配滤波块13、2.4G Wi-Fi射频匹配滤波块131、5G Wi-Fi射频匹配滤波块132、多天线阵列14、2.4GWi-Fi天线141、5G Wi-Fi天线142；
图2人机接口面板结构图：人机接口面板2、面板显示器21、接收信号灵敏RSSI值区域211、当前温度显示值区域212、工作状态区域213、温度设定值区域214、面板边框22、面板操作区23、电源开关231、手自动切换按钮232、设定值增按钮233、设定值减按钮234、定时按钮235
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，能实现同样功能的产品属于等同替换和改进，均包含在本发明的保护范围之内。具体方法如下：
实施例1：一种提高温控器产品Wi-Fi联网稳定性生成方法的具体为：
采用多天线阵列智能切换的Wi-Fi模块设计，增加了部分射频无源匹配电路、天线开关和多天线阵列；通过计算各天线接收到的射频信号强度，动态调整温控器设备的频段、射频天线和发射功率，使得温控器能在更多复杂应用环境下仍可确保Wi-Fi的联网稳定性；在实际设计中包括有以下步骤：步骤一：微处理器MCU的设计
多天线阵列智能切换单元设计有微处理器MCU；微处理器MCU由多路子开关、电流互感器、切换控制电路和通信总线组成，多路子开关分别对应一条线路连接；多路子开关并联后与交流互感器和控制电路依次串联；多路子开关的结构相同，均包括一个接触器、一个辅助继电器和一个二极管，其中二极管的负极与辅助继电器串联后与接触器并联；微处理器MCU的控制电路利用交流互感器检测负荷电流进行系统状态判断，并根据上级主控的切换指令，切换开关控制电路产生控制信号，控制接触器和辅助继电器的通断电；
微处理器MCU首先根据接收进来的2.4G和5G信号的RSSI值(接收信号灵敏度指标)，判断哪个频段的信号质量较好即选择使用哪个频段；选定频段后，再根据当前频段不同天线接收进来信号的RSSI值，判断哪个天线的信号质量较好即选择哪个天线进行通信；
步骤二：射频收发器的设计
多天线阵列智能切换单元设计有射频收发器；射频收发器将差动射频RF信号变换成单端RF信号，以准许射频收发器在第一频带和不同于第一频带的第二频带中的一者中发射单端RF信号；射频收发器选择2.4G频带和5G频带中的一者，且适于调整差动射频RF信号的增益，以准许在2.4G频带和5G频带的一者中以所有输出功率电频来发射单端RF信号；
射频收发器用于发射和接收Wi-Fi信号，将射频传导信号，传输至相应的天线，并辐射出无线电波；射频收发器包括N路的2.4G Wi-Fi射频收发器和M路的5G Wi-Fi射频收发器，其中，N≥2，M≥2；
射频收发器的工作点z为射频收发器输出功率和饱和功率p的比值，用公式一表示
公式一
公式一中：xi表示射频收发器的输入载波功率；Bn和Gn分别表示第n个射频收发器的带宽和增益；n(i)表示该第n个射频收发器被分配到第i个射频匹配滤波块；Ts表示温控器温度；Kc为波尔茨曼常数；
步骤三：射频匹配滤波块的设计
多天线阵列智能切换单元设计有射频匹配滤波块；射频匹配滤波块设计有射频匹配、滤波电路和天线开关；射频匹配滤波块包括N路的2.4G Wi-Fi射频匹配滤波块和M路的5G Wi-Fi射频匹配滤波块；
第i个射频匹配滤波块的输出载波频率y(i)；
公式二
公式二中：g(z)为射频收发器的增益非线性函数；
射频收发器的非线性交调特征函数h(z)和增益非线性函数g(z)用公式三表示
公式三
公式三中：ρg和ρh表示射频收发器的非线性效应，ρg为2.4G频带抑制因子，ρg＝1.27；ρh为5G频带抑制因子，ρh＝0.123；
步骤四：多天线阵列的设计
多天线阵列智能切换单元设计有多天线阵列；多天线阵列可以实时接收空气中的无线电波，并转化为射频信号传输到系统中来；多天线阵列包括N路的2.4GWi-Fi天线和M路的5G Wi-Fi天线；多天线阵列分布在设备的各个角落；
微处理器MCU将多天线阵列接收到的射频信号强度，动态调整温控器设备的频段、射频天线和发射功率，微处理器MCU发出射频开关控制信号，根据多天线阵列接收的信号强度自动选择哪个天线用于当前的Wi-Fi无线连接；
步骤五：人机接口面板的设计
人机接口面板设计有面板显示器、面板边框和面板操作区；面板显示器设计有接收信号灵敏RSSI值区域，当前温度显示值区域，工作状态区域和温度设定值区域；
面板显示器的四周包裹有面板边框；其中面板边框左边、右边和上边的宽度均为2cm，下边的宽度为3cm；在面板边框上，面板显示器的下边区域设计有面板操作区；面板操作区设计有圆形的凹面的电源开关，电源开关的圆形半径为0.5cm；
面板操作区设计有圆形的凹面的手自动切换按钮，手自动切换按钮的圆形半径为0.3cm；面板操作区设计有圆形的凹面的设定值增按钮，设定值增按钮的圆形半径为0.3cm；面板操作区设计有圆形的凹面的设定值减按钮，设定值减按钮的圆形半径为0.3cm；面板操作区设计有圆形的凹面的定时按钮，定时按钮(235)的圆形半径为0.3cm；
均为圆形设计的电源开关、手自动切换按钮、设定值增按钮、设定值减按钮、定时按钮的圆心在一条直线上，等间距依次均匀排列。
有益效果：一种提高温控器产品Wi-Fi联网稳定性生成方法增加了部分射频无源匹配电路、天线开关和多天线阵列，主要是无源射频元器件，成本较低，而对Wi-Fi连接的稳定性加强效果明显；多天线阵列智能切换技术的系统控制逻辑清晰明了，根据各天线接收的信号质量，实时切换天线，以满足同一环境下，不同时间不同干扰源对Wi-Fi射频连接影响的动态优化，进一步确保Wi-Fi连接的稳定性。
Claims (1)
1.一种提高温控器产品Wi-Fi联网稳定性生成方法，其特征在于，包含以下步骤:
步骤一：微处理器MCU(11)的设计：
多天线阵列智能切换单元(1)设计有微处理器MCU(11)；所述微处理器MCU(11)由多路子开关、电流互感器、切换控制电路和通信总线组成，多路子开关分别对应一条线路连接；多路子开关并联后与交流互感器和控制电路依次串联；多路子开关的结构相同，均包括一个接触器、一个辅助继电器和一个二极管，其中二极管的负极与辅助继电器串联后与接触器并联；所述微处理器MCU(11)的控制电路利用交流互感器检测负荷电流进行系统状态判断，并根据上级主控的切换指令，切换开关控制电路产生控制信号，控制接触器和辅助继电器的通断电；
所述微处理器MCU(11)首先根据接收进来的2.4G和5G信号的用于判断接收信号灵敏度指标的RSSI值，判断哪个频段的信号质量较好即选择使用哪个频段；选定频段后，再根据当前频段不同天线接收进来信号的RSSI值，判断哪个天线的信号质量较好即选择哪个天线进行通信；
步骤二：射频收发器(12)的设计：
所述多天线阵列智能切换单元(1)设计有射频收发器(12)；所述射频收发器(12)将差动射频RF信号变换成单端RF信号，以准许所述射频收发器(12)在第一频带和不同于第一频带的第二频带中的一者中发射单端RF信号；所述射频收发器(12)选择2.4G频带和5G频带中的一者，且适于调整差动射频RF信号的增益，以准许在2.4G频带和5G频带的一者中以所有输出功率电频来发射单端RF信号；
所述射频收发器(12)用于发射和接收Wi-Fi信号，将射频传导信号，传输至相应的天线，并辐射出无线电波；所述射频收发器(12)包括N路的2.4G Wi-Fi射频收发器(121)和M路的5G Wi-Fi射频收发器(122)，其中，N≥2，M≥2；
所述射频收发器(12)的工作点z为所述射频收发器(12)输出功率和饱和功率p的比值，用公式一表示：
公式一中：xi表示所述射频收发器(12)的输入载波功率；Bn和Gn分别表示第n个所述射频收发器(12)的带宽和增益；n(i)表示该第n个所述射频收发器(12)被分配到第i个所述射频匹配滤波块(13)；Ts表示温控器温度；Kc为波尔茨曼常数；步骤三：射频匹配滤波块(13)的设计：
所述多天线阵列智能切换单元(1)设计有射频匹配滤波块(13)；所述射频匹配滤波块(13)设计有射频匹配、滤波电路和天线开关；所述射频匹配滤波块(13)包括N路的2.4G Wi-Fi射频匹配滤波块(131)和M路的5G Wi-Fi射频匹配滤波块(132)；
第i个所述射频匹配滤波块(13)的输出载波频率y(i)；
公式二：
公式二中：g(z)为所述射频收发器(12)的增益非线性函数；
所述射频收发器(12)的非线性交调特征函数h(z)和增益非线性函数g(z)用公式三计算：
公式三：
公式三中：ρg和ρh表示所述射频收发器(12)的非线性效应，ρg为2.4G频带抑制因子，ρg＝1.27；ρh为5G频带抑制因子，ρh＝0.123；
步骤四：多天线阵列(14)的设计：
所述多天线阵列智能切换单元(1)设计有多天线阵列(14)；所述多天线阵列(14)可以实时接收空气中的无线电波，并转化为射频信号传输到系统中来；所述多天线阵列(14)包括N路的2.4G Wi-Fi天线(141)和M路的5G Wi-Fi天线(142)；所述多天线阵列(14)分布在设备的各个角落；
所述微处理器MCU(11)将所述多天线阵列(14)接收到的射频信号强度，动态调整温控器设备的频段、射频天线和发射功率，所述微处理器MCU(11)发出射频开关控制信号，根据所述多天线阵列(14)接收的信号强度自动选择哪个天线用于当前的Wi-Fi无线连接；
步骤五：人机接口面板(2)的设计：
所述人机接口面板(2)设计有面板显示器(21)、面板边框(22)和面板操作区(23)；所述面板显示器(21)设计有接收信号灵敏RSSI值区域(211)，当前温度显示值区域(212)，工作状态区域(213)和温度设定值区域(214)；
所述面板显示器(21)的四周包裹有面板边框(22)；其中所述面板边框(22)左边、右边和上边的宽度均为2cm，下边的宽度为3cm；在所述面板边框(22)上，所述面板显示器(21)的下边区域设计有面板操作区(23)；所述面板操作区(23)设计有圆形的凹面的电源开关(231)，所述电源开关(231)的圆形半径为0.5cm；
所述面板操作区(23)设计有圆形的凹面的手自动切换按钮(232)，所述手自动切换按钮(232)的圆形半径为0.3cm；所述面板操作区(23)设计有圆形的凹面的设定值增按钮(233)，所述设定值增按钮(233)的圆形半径为0.3cm；所述面板操作区(23)设计有圆形的凹面的设定值减按钮(234)，所述设定值减按钮(234)的圆形半径为0.3cm；所述面板操作区(23)设计有圆形的凹面的定时按钮(235)，所述定时按钮(235)的圆形半径为0.3cm；
均为圆形设计的所述电源开关(231)、所述手自动切换按钮(232)、所述设定值增按钮(233)、所述设定值减按钮(234)、所述定时按钮(235)的圆心在一条直线上，等间距依次均匀排列。
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