Умный дом - это дом как платформа, использующая интегрированную технологию проводки, сетевые коммуникационные технологии, технологии безопасности, технологии автоматического управления, аудио- и видеотехнологии для интеграции объектов, связанных с домашним хозяйством, планирования для создания эффективных жилых помещений и системы управления семейными делами, повышения безопасности дома, удобства, комфорта, артистизма и реализации защиты окружающей среды и энергосберегающей среды проживания. Основываясь на последнем определении умного дома, ссылаясь на характеристики технологии ZigBee, проектирование этой системы, необходимое в содержит систему умного дома (систему управления умным домом (центральную), систему управления домашним освещением, системы безопасности дома), на основе объединенной системы домашней проводки, домашней сетевой системы, системы фоновой музыки и системы управления семейной средой. В утверждении, что жизнь в интеллекте, установлена только вся необходимая система полностью, и домашняя система, которая установила дополнительную систему одного типа и выше, может называться жизнью в интеллекте. Поэтому эту систему можно назвать умным домом.
1. Схема проектирования системы
Система состоит из управляемых устройств и устройств дистанционного управления, расположенных в доме. К управляемым устройствам в семье относятся, главным образом, компьютер с доступом в Интернет, центр управления, узел мониторинга и контроллер подключаемых бытовых приборов. Устройства дистанционного управления, как правило, включают в себя компьютеры и мобильные телефоны.
Основные функции системы: 1) просмотр главной страницы веб-страницы, управление фоновой информацией; 2) управление включением/выключением бытовых приборов, системы безопасности и освещения через Интернет и мобильный телефон; 3) идентификация пользователя с помощью RFID-модуля для включения/выключения системы безопасности в помещении, а также отправка SMS-сообщений в случае кражи; 4) локальное управление и отображение состояния внутреннего освещения и бытовых приборов с помощью программного обеспечения центральной системы управления; 5) хранение персональных данных и информации о состоянии внутреннего оборудования осуществляется с помощью базы данных. Пользователи могут легко запрашивать информацию о состоянии внутреннего оборудования через центральную систему управления.
2. Проектирование аппаратного обеспечения системы
Аппаратная часть системы включает в себя конструкцию центра управления, узла мониторинга и опциональное добавление контроллера бытовой техники (в качестве примера возьмем контроллер электровентилятора).
2.1 Центр управления
Основные функции центра управления: 1) Создание беспроводной сети ZigBee, добавление всех узлов мониторинга в сеть и реализация приёма нового оборудования; 2) Идентификация пользователя, когда пользователь находится дома или возвращается, с помощью карты пользователя для включения режима внутренней безопасности; 3) При проникновении грабителя в помещение пользователю отправляется короткое сообщение с сигнализацией. Пользователи также могут управлять системой безопасности, освещением и бытовыми приборами с помощью коротких сообщений; 4) При работе системы в автономном режиме на ЖК-дисплее отображается текущее состояние системы, что удобно для пользователей; 5) Сохранение состояния электрооборудования и отправка его на ПК для реализации системы в режиме онлайн.
Аппаратное обеспечение поддерживает множественный доступ с контролем несущей частоты (CSMA/CA). Рабочее напряжение 2,0 ~ 3,6 В обеспечивает низкое энергопотребление системы. Создайте беспроводную сеть ZigBee типа «звезда» в помещении, подключившись к модулю-координатору ZigBee в центре управления. Добавьте контроллер бытовой техники в качестве конечного узла для подключения к сети, чтобы реализовать беспроводное управление системой безопасности и бытовой техникой по сети ZigBee.
2.2 Узлы мониторинга
Функции узла мониторинга следующие: (1) обнаружение сигнала человеческого тела, звуковая и световая сигнализация при проникновении воров; 2) управление освещением, режим управления делится на автоматическое управление и ручное управление, автоматическое управление - автоматическое включение/выключение света в зависимости от интенсивности внутреннего освещения, ручное управление освещением осуществляется через центральную систему управления, (3) информация о тревоге и другая информация отправляется в центр управления, и из центра управления принимаются команды управления для завершения управления оборудованием.
Режим обнаружения инфракрасного и микроволнового излучения является наиболее распространенным способом обнаружения сигнала человеческого тела. Пироэлектрический инфракрасный зонд - RE200B, а усилительное устройство - BISS0001. RE200B питается от напряжения 3-10 В и имеет встроенный пироэлектрический двухчувствительный инфракрасный элемент. Когда элемент получает инфракрасное излучение, на полюсах каждого элемента происходит фотоэлектрический эффект, и заряд накапливается. BISS0001 - это цифро-аналоговая гибридная ASIC, состоящая из операционного усилителя, компаратора напряжения, контроллера состояния, таймера времени задержки и таймера времени блокировки. Вместе с RE200B и несколькими компонентами можно сформировать пассивный пироэлектрический инфракрасный переключатель. Модуль Ant-g100 использовался для микроволнового датчика, центральная частота составляла 10 ГГц, а максимальное время установления - 6 мкс. В сочетании с пироэлектрическим инфракрасным модулем можно эффективно снизить частоту ошибок обнаружения цели.
Модуль управления освещением состоит из фоторезистора и реле управления освещением. Подключите фоторезистор последовательно с регулируемым резистором сопротивлением 10 кОм, затем подключите другой конец фоторезистора к заземлению, а другой конец регулируемого резистора – к высокому уровню. Значение напряжения на двух точках соединения резисторов определяется через аналого-цифровой преобразователь SCM, чтобы определить, горит ли текущий светильник. Пользователь может настроить регулируемое сопротивление в соответствии с интенсивностью света при включении. Выключатели внутреннего освещения управляются реле. Можно использовать только один порт ввода/вывода.
2.3 Выберите добавленный контроллер бытовой техники
Выбирайте добавление управления бытовыми приборами, в основном в соответствии с функцией устройства, чтобы обеспечить управление устройством, например, электрическим вентилятором. Центр управления вентилятором будет отправлять команды управления вентилятором с ПК на контроллер вентилятора через сеть ZigBee. Идентификационные номера различных приборов различаются. Например, согласно положениям настоящего соглашения, идентификационный номер вентилятора — 122, а идентификационный номер цветного телевизора — 123. Таким образом, реализуется распознавание различных центров управления бытовыми приборами. При использовании одного и того же кода инструкции разные бытовые приборы выполняют разные функции. На рисунке 4 показан состав бытовых приборов, выбранных для добавления.
3. Проектирование системного программного обеспечения
Проектирование программного обеспечения системы в основном состоит из шести частей: проектирование веб-страницы удаленного управления, проектирование центральной системы управления, проектирование программы главного контроллера центра управления ATMegal28, проектирование программы координатора CC2430, проектирование программы узла мониторинга CC2430, проектирование программы выбора и добавления устройства CC2430.
3.1 Разработка программы координатора ZigBee
Координатор сначала завершает инициализацию прикладного уровня, устанавливает состояние прикладного уровня и состояние приёма в режим ожидания, затем включает глобальные прерывания и инициализирует порт ввода-вывода. Затем координатор начинает построение беспроводной звездообразной сети. В протоколе координатор автоматически выбирает диапазон 2,4 ГГц, максимальное количество бит в секунду составляет 62 500, PANID по умолчанию равен 0×1347, максимальная глубина стека составляет 5, максимальное количество байтов на отправку составляет 93, а скорость передачи данных последовательного порта составляет 57 600 бит/с. Таймер SL0W генерирует 10 прерываний в секунду. После успешного установления сети ZigBee координатор отправляет свой адрес микроконтроллеру центра управления. Здесь микроконтроллер центра управления идентифицирует координатор ZigBee как член узла мониторинга, и его идентифицированный адрес равен 0. Программа входит в основной цикл. Сначала определите, отправлены ли новые данные конечным узлом, если да, то данные напрямую передаются в MCU центра управления; Определите, отправлены ли инструкции MCU центра управления, если да, то отправьте инструкции вниз на соответствующий конечный узел ZigBee; Оцените, открыта ли охрана, есть ли взломщик, если да, то отправьте информацию о тревоге в MCU центра управления; Оцените, находится ли свет в состоянии автоматического управления, если да, то включите аналого-цифровой преобразователь для выборки, значение выборки является ключом для включения или выключения света, если состояние света изменяется, новая информация о состоянии передается в центр управления MC-U.
3.2 Программирование терминального узла ZigBee
Терминальный узел ZigBee относится к беспроводному узлу ZigBee, управляемому координатором ZigBee. В системе он в основном выполняет функции узла мониторинга и опционального контроллера бытовой техники. Инициализация терминальных узлов ZigBee также включает инициализацию прикладного уровня, открытие прерываний и инициализацию портов ввода-вывода. Затем попробуйте подключиться к сети ZigBee. Важно отметить, что к сети допускаются только конечные узлы с настроенным координатором ZigBee. Если терминальному узлу ZigBee не удаётся подключиться к сети, он будет повторять попытки каждые две секунды до успешного подключения. После успешного подключения к сети терминальный узел ZigBee отправляет свою регистрационную информацию координатору ZigBee, который затем пересылает её в микроконтроллер центра управления для завершения регистрации терминального узла ZigBee. Если терминальный узел ZigBee является узлом мониторинга, он может осуществлять управление освещением и безопасностью. Программа аналогична программе координатора ZigBee, за исключением того, что узел мониторинга должен отправлять данные координатору ZigBee, а затем координатор ZigBee отправляет данные в микроконтроллер центра управления. Если конечный узел ZigBee представляет собой контроллер электровентилятора, ему достаточно только получить данные от компьютера верхнего уровня, не загружая данные о состоянии, поэтому управление может быть выполнено непосредственно при прерывании приема беспроводных данных. При прерывании приема беспроводных данных все конечные узлы преобразуют полученные команды управления в параметры управления самого узла и не обрабатывают полученные команды в основной программе узла.
4. Онлайн-отладка
Инструкция по увеличению кода инструкции стационарного оборудования, выданная центральной системой управления, отправляется в микроконтроллер центра управления через последовательный порт компьютера, затем в координатор через двухпроводной интерфейс, а затем координатором в терминальный узел ZigBee. Когда терминальный узел получает данные, данные снова отправляются на ПК через последовательный порт. На этом ПК данные, полученные терминальным узлом ZigBee, сравниваются с данными, отправленными центром управления. Центральная система управления отправляет 2 инструкции каждую секунду. После 5 часов тестирования программное обеспечение для тестирования остановилось, когда показало, что общее количество полученных пакетов составляет 36 000 пакетов. Результаты тестирования программного обеспечения для тестирования многопротокольной передачи данных показаны на рисунке 6. Количество правильных пакетов составляет 36 000, количество неправильных пакетов - 0, а точность составляет 100%.
Технология ZigBee используется для реализации внутренней сети умного дома, обеспечивая удобство дистанционного управления, гибкое добавление нового оборудования и надежную работу системы. Технология RFTD используется для идентификации пользователя и повышения безопасности системы. Благодаря GSM-модулю реализуются функции дистанционного управления и сигнализации.
Время публикации: 06 января 2022 г.