Умният дом е дом като платформа, използваща интегрирана технология за окабеляване, мрежова комуникационна технология, технология за сигурност, технология за автоматично управление, аудио и видео технология за интегриране на съоръженията, свързани с домакинския живот, планиране за изграждане на ефективни жилищни съоръжения и система за управление на семейните дела, подобряване на сигурността, удобството, комфорта, артистичността и реализиране на опазване на околната среда и енергоспестяваща жизнена среда. Въз основа на най-новото определение за умен дом, вижте характеристиките на технологията ZigBee, проектирането на тази система, необходимото включва система за умен дом (система за управление на умен дом (централна), система за управление на осветлението в дома, системи за домашна сигурност), базирана на свързана система за окабеляване на дома, домашна мрежова система, система за фонова музика и система за контрол на семейната среда. В основата на твърдението, че живеем в интелигентност, инсталираме всички необходими системи напълно, а домакинската система, която инсталира опционална система от един или повече видове, може да извика интелигентност в живота. Следователно, тази система може да се нарече интелигентен дом.
1. Схема за проектиране на системата
Системата е съставена от контролирани устройства и устройства за дистанционно управление в дома. Сред тях контролираните устройства в семейството включват главно компютър с достъп до интернет, контролен център, възел за наблюдение и контролер на домакински уреди, който може да бъде добавен. Устройствата за дистанционно управление са съставени главно от отдалечени компютри и мобилни телефони.
Основните функции на системата са: 1) разглеждане на началната уеб страница и управление на фонова информация; 2) Управление на домакински уреди, охрана и осветление чрез интернет и мобилен телефон; 3) Идентифициране на потребителя чрез RFID модул, за да се извърши проверка на състоянието на вътрешната охрана, в случай на кражба чрез SMS алармено съобщение до потребителя; 4) Локален контрол и показване на състоянието на вътрешното осветление и домакински уреди чрез софтуера на централната система за управление; 5) Съхранение на лична информация и състояние на вътрешното оборудване се извършва чрез базата данни. Удобно е потребителите да проверяват състоянието на вътрешното оборудване чрез централната система за управление.
2. Проектиране на системен хардуер
Хардуерният дизайн на системата включва проектирането на контролния център, възела за наблюдение и опционалното добавяне на контролер за домакински уреди (вземете за пример контролера на електрически вентилатор).
2.1 Контролният център
Основните функции на контролния център са следните: 1) Изграждане на безжична ZigBee мрежа, добавяне на всички мониторингови възли към мрежата и осъществяване на приемане на ново оборудване; 2) Идентифициране на потребителя, потребителят у дома или обратно чрез потребителска карта, за да се постигне превключване на вътрешната охрана; 3) Когато крадец нахлуе в стаята, изпращане на кратко съобщение до потребителя за алармен сигнал. Потребителите могат също да контролират вътрешната охрана, осветлението и домакинските уреди чрез кратки съобщения; 4) Когато системата работи самостоятелно, LCD дисплеят показва текущото състояние на системата, което е удобно за потребителите да виждат; 5) Запаметяване на състоянието на електрическото оборудване и изпращането му към компютър за онлайн управление на системата.
Хардуерът поддържа Carrier sense multiple access/Collision detection (CSMA/CA). Работното напрежение от 2.0 ~ 3.6V е благоприятно за ниска консумация на енергия на системата. Създайте безжична ZigBee звезда мрежа на закрито, като се свържете към ZigBee координаторния модул в контролния център. Всички мониторингови възли, избрани за добавяне на контролера на домакински уреди като краен възел в мрежата, ще се присъединят към мрежата, за да се реализира безжичното ZigBee мрежово управление на вътрешната сигурност и домакинските уреди.
2.2 Възли за мониторинг
Функциите на мониторинговия възел са следните: 1) откриване на сигнали от човешко тяло, звукова и светлинна аларма при нахлуване на крадци; 2) управление на осветлението, режимът на управление е разделен на автоматично управление и ръчно управление, автоматичното управление включва/изключва осветлението автоматично в зависимост от силата на вътрешната светлина, ръчното управление на осветлението се осъществява чрез централната система за управление, (3) информацията за алармата и друга информация се изпращат до контролния център и се получават контролни команди от контролния център за завършване на управлението на оборудването.
Режимът на инфрачервено плюс микровълново детектиране е най-разпространеният начин за откриване на сигнали от човешкото тяло. Пироелектричната инфрачервена сонда е RE200B, а усилващото устройство е BISS0001. RE200B се захранва от напрежение 3-10 V и има вграден пироелектричен двойночувствителен инфрачервен елемент. Когато елементът получи инфрачервена светлина, фотоелектричният ефект ще възникне на полюсите на всеки елемент и зарядът ще се натрупа. BISS0001 е цифрово-аналогова хибридна интегрална схема, съставена от операционен усилвател, сравнител на напрежение, контролер на състоянието, таймер за време на закъснение и таймер за време на блокиране. Заедно с RE200B и няколко компонента може да се образува пасивен пироелектричен инфрачервен превключвател. За микровълнов сензор е използван модул Ant-g100, централната честота е 10 GHz, а максималното време за установяване е 6 μs. В комбинация с пироелектричен инфрачервен модул, процентът на грешки при откриване на целта може да бъде ефективно намален.
Модулът за управление на светлината се състои основно от фоточувствителен резистор и реле за управление на светлината. Свържете фоточувствителния резистор последователно с регулируемия резистор от 10 K ω, след което свържете другия край на фоточувствителния резистор към земята, а другия край на регулируемия резистор свържете към високото ниво. Стойността на напрежението на двете точки на свързване на съпротивлението се получава чрез аналогово-цифров преобразувател SCM, за да се определи дали текущата светлина свети. Регулируемото съпротивление може да се регулира от потребителя, за да се постигне интензитетът на светлината, когато светлината е току-що включена. Превключвателите за вътрешно осветление се управляват от релета. Може да се постигне само един входно/изходен порт.
2.3 Изберете добавения контролер за домакински уреди
Изберете да добавите управление на домакински уреди главно според функцията на устройството, за да постигнете контрол на устройството, тук е електрическият вентилатор като пример. Управлението на вентилатора е контролният център, като инструкциите за управление на вентилатора от компютъра се изпращат до контролера на електрическия вентилатор чрез ZigBee мрежова имплементация. Различните идентификационни номера на уредите са различни. Например, съгласно разпоредбите на това споразумение идентификационният номер на вентилатора е 122, а идентификационният номер на цветния телевизор е 123. По този начин се осъществява разпознаването на различни контролни центрове на електрически домакински уреди. За един и същ код на инструкция, различните домакински уреди изпълняват различни функции. Фигура 4 показва състава на избраните домакински уреди за добавяне.
3. Проектиране на системен софтуер
Дизайнът на системния софтуер включва основно шест части, а именно дизайн на уеб страница за дистанционно управление, дизайн на система за централно управление, дизайн на програмата ATMegal28 за главен контролер на контролния център, дизайн на програмата за координатор CC2430, дизайн на програмата за мониторингов възел CC2430 и дизайн на програмата за избор и добавяне на устройство CC2430.
3.1 Дизайн на програмата ZigBee Coordinator
Координаторът първо завършва инициализацията на приложния слой, задава състоянието на приложния слой и състоянието на приемане на празен ход, след което включва глобалните прекъсвания и инициализира I/O порта. След това координаторът започва да изгражда безжична звезда мрежа. В протокола координаторът автоматично избира честотната лента 2.4 GHz, максималният брой битове в секунда е 62 500, PANID по подразбиране е 0×1347, максималната дълбочина на стека е 5, максималният брой байтове на изпращане е 93, а скоростта на предаване на серийния порт е 57 600 bit/s. SL0W TIMER генерира 10 прекъсвания в секунда. След успешното установяване на ZigBee мрежата, координаторът изпраща своя адрес до MCU на контролния център. Тук MCU на контролния център идентифицира ZigBee координатора като член на мониторинговия възел и неговият идентифициран адрес е 0. Програмата влиза в основния цикъл. Първо, определя дали има нови данни, изпратени от терминалния възел, ако има, данните се предават директно до MCU на контролния център; Определете дали MCU на контролния център има изпратени инструкции, ако е така, изпратете инструкциите до съответния ZigBee терминален възел; Преценете дали охраната е отворена, дали има крадци, ако е така, изпратете информация за алармата до MCU на контролния център; Преценете дали светлината е в автоматично състояние на управление, ако е така, включете аналогово-цифровия преобразувател за вземане на проби, стойността на извадката е ключът за включване или изключване на светлината, ако състоянието на светлината се промени, новата информация за състоянието се предава до MC-U на контролния център.
3.2 Програмиране на ZigBee терминални възли
ZigBee терминален възел се отнася до безжичния ZigBee възел, контролиран от ZigBee координатора. В системата той е основно възел за наблюдение и опционално добавяне на контролер за домакински уреди. Инициализацията на ZigBee терминалните възли включва също инициализация на приложния слой, отваряне на прекъсвания и инициализиране на I/O портове. След това се опитва да се присъедини към ZigBee мрежата. Важно е да се отбележи, че само крайни възли с настроен ZigBee координатор имат право да се присъединяват към мрежата. Ако ZigBee терминалният възел не успее да се присъедини към мрежата, той ще опитва отново на всеки две секунди, докато не се присъедини успешно. След успешно присъединяване към мрежата, ZI-Gbee терминалният възел изпраща информацията си за регистрация до ZigBee координатора, който след това я препраща до MCU на контролния център, за да завърши регистрацията на ZigBee терминалния възел. Ако ZigBee терминалният възел е възел за наблюдение, той може да реализира контрол на осветлението и сигурността. Програмата е подобна на ZigBee координатора, с изключение на това, че мониторинговият възел трябва да изпраща данни към ZigBee координатора, а след това ZigBee координаторът изпраща данни към MCU на контролния център. Ако ZigBee терминалният възел е контролер за електрически вентилатор, той трябва само да получава данните от горния компютър, без да качва състоянието, така че управлението му може да се извърши директно при прекъсване на безжичното получаване на данни. При прекъсване на безжичното получаване на данни, всички терминални възли преобразуват получените контролни инструкции в контролните параметри на самия възел и не обработват получените безжични инструкции в основната програма на възела.
4 Онлайн отстраняване на грешки
Нарастващата инструкция за кода на инструкцията на фиксираното оборудване, издадена от централната система за управление на контрола, се изпраща към MCU на контролния център през серийния порт на компютъра и към координатора през двулинейния интерфейс, а след това към ZigBee терминалния възел от координатора. Когато терминалният възел получи данните, те се изпращат отново към компютъра през серийния порт. На този компютър данните, получени от ZigBee терминалния възел, се сравняват с данните, изпратени от контролния център. Централната система за управление на контрола изпраща 2 инструкции всяка секунда. След 5 часа тестване, софтуерът за тестване спира, когато покаже, че общият брой на получените пакети е 36 000 пакета. Резултатите от теста на софтуера за тестване на многопротоколно предаване на данни са показани на Фигура 6. Броят на правилните пакети е 36 000, броят на грешните пакети е 0, а степента на точност е 100%.
Технологията ZigBee се използва за реализиране на вътрешна мрежа на интелигентния дом, която има предимствата на удобно дистанционно управление, гъвкаво добавяне на ново оборудване и надеждно управление. RFTD технологията се използва за осъществяване на идентификация на потребителя и подобряване на сигурността на системата. Чрез достъпа на GSM модул се реализират функциите за дистанционно управление и аларма.
Време на публикуване: 06 януари 2022 г.