Розумний дім – це будинок як платформа, що використовує інтегровані технології проводки, технології мережевого зв'язку, технології безпеки, технології автоматичного керування, аудіо- та відеотехнології для інтеграції об'єктів, пов'язаних з побутом, планування будівництва ефективних житлових об'єктів та систем управління сімейними справами, покращення безпеки будинку, зручності, комфорту, майстерності, а також реалізації захисту навколишнього середовища та енергозбереження житлового середовища. Ґрунтуючись на останньому визначенні розумного будинку, зверніться до характеристик технології ZigBee, проектування цієї системи, необхідного для включення системи розумного будинку (система керування розумним будинком (центральна), система керування освітленням будинку, системи домашньої безпеки), на основі об'єднаної системи домашньої проводки, домашньої мережі, системи фонової музики та системи керування сімейним середовищем. Виходячи з твердження, що живе в інтелекті, встановлюються всі необхідні системи повністю, а побутова система, в якій встановлена додаткова система одного або вище типу, може викликати інтелект проживання. Тому цю систему можна назвати розумним будинком.
1. Схема проектування системи
Система складається з керованих пристроїв та пристроїв дистанційного керування в будинку. Серед них керовані пристрої в сім'ї включають переважно комп'ютер з доступом до Інтернету, центр керування, вузол моніторингу та контролер побутової техніки, який можна додати. Пристрої дистанційного керування в основному складаються з віддалених комп'ютерів та мобільних телефонів.
Основні функції системи: 1) перегляд веб-сторінок на головній сторінці та керування фоновою інформацією; 2) керування побутовою технікою, системою безпеки та освітленням у приміщенні через Інтернет та мобільний телефон; 3) ідентифікація користувача за допомогою модуля RFID для перемикання стану безпеки в приміщенні та у разі крадіжки за допомогою SMS-сигналу; 4) локальне керування та відображення стану внутрішнього освітлення та побутової техніки за допомогою програмного забезпечення центральної системи керування; 5) зберігання персональної інформації та стану внутрішнього обладнання здійснюється за допомогою бази даних. Користувачам зручно запитувати стан внутрішнього обладнання через централізовану систему керування.
2. Проектування апаратного забезпечення системи
Апаратне забезпечення системи включає проектування центру керування, вузла моніторингу та опціональне додавання контролера побутової техніки (візьмемо, наприклад, контролер електричного вентилятора).
2.1 Центр керування
Основні функції центру керування наступні: 1) Побудова бездротової мережі ZigBee, додавання всіх вузлів моніторингу до мережі та здійснення прийому нового обладнання; 2) Ідентифікація користувача, користувача вдома або назад за допомогою картки користувача для активації внутрішнього охоронного вимикача; 3) Коли грабіжник проникає в приміщення, надсилання користувачеві коротких повідомлень для сигналізації. Користувачі також можуть керувати внутрішньою безпекою, освітленням та побутовою технікою за допомогою коротких повідомлень; 4) Коли система працює самостійно, РК-дисплей відображає поточний стан системи для зручного перегляду; 5) Зберігання стану електрообладнання та надсилання його на ПК для запуску системи в режимі онлайн.
Апаратне забезпечення підтримує множинний доступ з визначенням несучої/виявлення колізій (CSMA/CA). Робоча напруга 2,0 ~ 3,6 В сприяє низькому енергоспоживанню системи. Налаштуйте бездротову мережу ZigBee star у приміщенні, підключившись до модуля координатора ZigBee в центрі керування. А всі вибрані вузли моніторингу, щоб додати контролер побутової техніки як кінцевий вузол у мережі, підключилися до мережі, щоб реалізувати бездротове мережеве керування безпекою в приміщенні та побутовою технікою через ZigBee.
2.2 Вузли моніторингу
Функції вузла моніторингу такі: 1) виявлення сигналів людського тіла, звукова та світлова сигналізація у разі вторгнення злодіїв; 2) керування освітленням, режим керування поділяється на автоматичне та ручне керування, автоматичне керування полягає в автоматичному ввімкненні/вимкненні світла залежно від сили освітлення в приміщенні, ручне керування освітленням здійснюється через центральну систему керування, (3) інформація про тривогу та інша інформація надсилається до центру керування та отримує команди керування з центру керування для завершення керування обладнанням.
Режим виявлення інфрачервоного та мікрохвильового випромінювання є найпоширенішим способом виявлення сигналів від людського тіла. Піроелектричний інфрачервоний зонд - RE200B, а підсилювальний пристрій - BISS0001. RE200B живиться від напруги 3-10 В та має вбудований піроелектричний подвійно чутливий інфрачервоний елемент. Коли елемент отримує інфрачервоне світло, на полюсах кожного елемента виникає фотоелектричний ефект, і заряд накопичується. BISS0001 - це цифро-аналогова гібридна асистентська мікросхема, що складається з операційного підсилювача, компаратора напруги, контролера стану, таймера часу затримки та таймера часу блокування. Разом з RE200B та кількома компонентами можна сформувати пасивний піроелектричний інфрачервоний перемикач. Для мікрохвильового датчика використовувався модуль Ant-g100, центральна частота становила 10 ГГц, а максимальний час встановлення - 6 мкс. У поєднанні з піроелектричним інфрачервоним модулем можна ефективно зменшити коефіцієнт помилок виявлення цілі.
Модуль керування освітленням складається в основному з фоточутливого резистора та реле керування освітленням. Підключіть фоточутливий резистор послідовно до регульованого резистора 10 K ω, потім підключіть інший кінець фоточутливого резистора до землі, а інший кінець регульованого резистора – до високого рівня. Значення напруги двох точок з'єднання опору отримується за допомогою аналого-цифрового перетворювача SCM, щоб визначити, чи увімкнено поточне світло. Регульований опір може бути налаштований користувачем для досягнення потрібної інтенсивності світла, коли світло щойно ввімкнене. Вимикачі внутрішнього освітлення керуються реле. Можна реалізувати лише один вхідний/вихідний порт.
2.3 Виберіть доданий контролер побутової техніки
Вибір додавання керування побутовими приладами головним чином залежить від функції пристрою для досягнення керування пристроєм, наприклад, електричним вентилятором. Керування вентилятором – це центр керування, який буде здійснюватися за допомогою інструкцій з керування вентилятором з ПК, що надсилаються до контролера електричного вентилятора через мережу ZigBee, ідентифікаційні номери різних приладів відрізняються, наприклад, ідентифікаційний номер вентилятора згідно з положеннями цієї угоди – 122, ідентифікаційний номер побутового кольорового телевізора – 123, що забезпечує розпізнавання різних центрів керування побутовими електроприладами. Для одного й того ж коду інструкції різні побутові прилади виконують різні функції. На рисунку 4 показано склад побутових приладів, вибраних для додавання.
3. Проектування системного програмного забезпечення
Проект системного програмного забезпечення в основному включає шість частин, а саме: проектування веб-сторінки дистанційного керування, проектування центральної системи керування, проектування програми головного контролера центру керування ATMegal28, проектування програми координатора CC2430, проектування програми вузла моніторингу CC2430, проектування програми вибору додавання пристрою CC2430.
3.1 Розробка програми координатора ZigBee
Спочатку координатор завершує ініціалізацію прикладного рівня, встановлює стан прикладного рівня та стан отримання в режим очікування, потім вмикає глобальні переривання та ініціалізує порт вводу/виводу. Далі координатор починає побудову бездротової мережі типу "зірка". У протоколі координатор автоматично вибирає діапазон 2,4 ГГц, максимальна кількість бітів за секунду становить 62 500, PANID за замовчуванням — 0×1347, максимальна глибина стеку — 5, максимальна кількість байтів на відправку — 93, а швидкість передачі послідовного порту — 57 600 біт/с. Таймер SL0W генерує 10 переривань за секунду. Після успішного встановлення мережі ZigBee координатор надсилає свою адресу до мікроконтролера центру керування. Тут мікроконтролер центру керування ідентифікує координатора ZigBee як члена вузла моніторингу, а його ідентифікована адреса дорівнює 0. Програма входить у основний цикл. Спочатку визначається, чи є нові дані, надіслані термінальним вузлом, якщо є, дані безпосередньо передаються до мікроконтролера центру керування; Визначити, чи надіслано інструкції до мікроконтролера центру керування, якщо так, надсилати інструкції до відповідного термінального вузла ZigBee; оцінити, чи відкрито охорону, чи є грабіжник, якщо так, надсилати інформацію про тривогу до мікроконтролера центру керування; оцінити, чи знаходиться світло в режимі автоматичного керування, якщо так, увімкнути аналого-цифровий перетворювач для вибірки, значення вибірки є ключем для ввімкнення або вимкнення світла, якщо стан світла змінюється, інформація про новий стан передається до MC-U центру керування.
3.2 Програмування термінального вузла ZigBee
Термінальний вузол ZigBee відноситься до бездротового вузла ZigBee, керованого координатором ZigBee. У системі це, головним чином, вузол моніторингу та опціонально доданий контролер побутової техніки. Ініціалізація термінальних вузлів ZigBee також включає ініціалізацію прикладного рівня, відкриття переривань та ініціалізацію портів вводу/виводу. Потім спробуйте приєднатися до мережі ZigBee. Важливо зазначити, що до мережі дозволено приєднуватися лише кінцевим вузлам з налаштованим координатором ZigBee. Якщо термінальний вузол ZigBee не зможе приєднатися до мережі, він повторюватиме спробу кожні дві секунди, доки успішно не приєднається до мережі. Після успішного приєднання до мережі термінальний вузол ZI-Gbee надсилає свою реєстраційну інформацію координатору ZigBee, який потім пересилає її до мікроконтролера центру керування для завершення реєстрації термінального вузла ZigBee. Якщо термінальний вузол ZigBee є вузлом моніторингу, він може здійснювати керування освітленням та безпекою. Програма схожа на координатора ZigBee, за винятком того, що вузол моніторингу повинен надсилати дані координатору ZigBee, а потім координатор ZigBee надсилає дані до мікроконтролера центру керування. Якщо термінальний вузол ZigBee є контролером електричного вентилятора, йому потрібно лише отримувати дані від верхнього комп'ютера без завантаження стану, тому його керування може бути безпосередньо завершене під час переривання бездротового отримання даних. Під час переривання бездротового отримання даних усі термінальні вузли перетворюють отримані інструкції керування на параметри керування самого вузла та не обробляють отримані бездротові інструкції в головній програмі вузла.
4 Онлайн-налагодження
Зростаюча інструкція для коду інструкції стаціонарного обладнання, видана центральною системою керування, надсилається до мікроконтролера центру керування через послідовний порт комп'ютера, до координатора через дволінійний інтерфейс, а потім координатором до термінального вузла ZigBee. Коли термінальний вузол отримує дані, вони знову надсилаються до ПК через послідовний порт. На цьому ПК дані, отримані термінальним вузлом ZigBee, порівнюються з даними, надісланими центром керування. Центральна система керування надсилає 2 інструкції щосекунди. Після 5 годин тестування програмне забезпечення для тестування зупиняється, коли показує, що загальна кількість отриманих пакетів становить 36 000 пакетів. Результати тестування програмного забезпечення для тестування багатопротокольної передачі даних показано на рисунку 6. Кількість правильних пакетів становить 36 000, кількість неправильних пакетів – 0, а коефіцієнт точності – 100%.
Технологія ZigBee використовується для реалізації внутрішньої мережі розумного будинку, що має переваги зручного дистанційного керування, гнучкого додавання нового обладнання та надійної роботи керування. Технологія RFTD використовується для ідентифікації користувача та підвищення безпеки системи. Завдяки доступу до модуля GSM реалізуються функції дистанційного керування та сигналізації.
Час публікації: 06 січня 2022 р.