Inteligentny dom to dom jako platforma, wykorzystująca zintegrowaną technologię okablowania, technologię komunikacji sieciowej, technologię bezpieczeństwa, technologię automatycznego sterowania oraz technologię audio i wideo do integracji urządzeń związanych z życiem domowym, planowania budowy wydajnych systemów mieszkaniowych i zarządzania sprawami rodzinnymi, poprawy bezpieczeństwa domu, wygody, komfortu, artyzmu oraz zapewnienia ochrony środowiska i energooszczędnego środowiska życia. W oparciu o najnowszą definicję inteligentnego domu, odnosząc się do charakterystyki technologii ZigBee, projekt tego systemu obejmuje niezbędny system inteligentnego domu (inteligentny system sterowania domem (centralny), system sterowania oświetleniem, systemy bezpieczeństwa domowego), na bazie połączonej domowej instalacji elektrycznej, domowej sieci, systemu muzyki w tle i systemu sterowania środowiskiem domowym. Potwierdzeniem tego inteligentnego domu jest zainstalowanie wszystkich niezbędnych systemów, a system domowy, który zainstalował opcjonalny system jednego lub więcej rodzajów, może przynajmniej wywołać inteligencję. Dlatego ten system można nazwać inteligentnym domem.
1. Schemat projektowania systemu
System składa się z urządzeń sterowanych i urządzeń zdalnego sterowania w domu. Wśród nich znajdują się głównie komputer z dostępem do internetu, centrum sterowania, węzeł monitorujący oraz kontroler urządzeń gospodarstwa domowego, który można dodać. Urządzenia zdalnego sterowania składają się głównie z komputerów i telefonów komórkowych.
Główne funkcje systemu to: 1) strona główna przeglądania stron internetowych i zarządzanie informacjami w tle; 2) sterowanie urządzeniami gospodarstwa domowego, systemami bezpieczeństwa i oświetleniem za pośrednictwem Internetu i telefonu komórkowego; 3) identyfikacja użytkownika za pomocą modułu RFID, co pozwala na zmianę statusu zabezpieczeń w domu, a w przypadku kradzieży powiadomienie SMS-em; 4) lokalne sterowanie oświetleniem i urządzeniami gospodarstwa domowego oraz wyświetlanie ich statusu za pośrednictwem oprogramowania centralnego systemu zarządzania; 5) przechowywanie danych osobowych i statusu urządzeń w domu za pośrednictwem bazy danych. Użytkownicy mogą wygodnie sprawdzać status urządzeń w domu za pośrednictwem centralnego systemu sterowania i zarządzania.
2. Projektowanie sprzętu systemowego
Projekt sprzętowy systemu obejmuje projekt centrum sterowania, węzła monitorującego oraz opcjonalny dodatek sterownika urządzeń gospodarstwa domowego (na przykład sterownika wentylatora elektrycznego).
2.1 Centrum sterowania
Główne funkcje centrum sterowania to: 1) Budowa bezprzewodowej sieci ZigBee, dodanie wszystkich węzłów monitorujących do sieci i obsługa odbioru nowego sprzętu; 2) Identyfikacja użytkownika – użytkownik w domu lub z powrotem za pomocą karty użytkownika, aby włączyć system bezpieczeństwa wewnętrznego; 3) W przypadku włamania do pomieszczenia, wysłanie krótkiego komunikatu alarmowego do użytkownika. Użytkownicy mogą również sterować systemem bezpieczeństwa wewnętrznego, oświetleniem i urządzeniami domowymi za pomocą krótkich komunikatów; 4) Gdy system działa samodzielnie, wyświetlacz LCD wyświetla aktualny stan systemu, co jest wygodne dla użytkowników; 5) Zapisywanie stanu urządzeń elektrycznych i przesyłanie go do komputera w celu uruchomienia systemu online.
Sprzęt obsługuje technologię wielodostępu z wykrywaniem nośnej (CSMA/CA). Napięcie robocze 2,0–3,6 V zapewnia niskie zużycie energii przez system. Skonfiguruj bezprzewodową sieć ZigBee w układzie gwiazdy w pomieszczeniach, łącząc się z modułem koordynatora ZigBee w centrum sterowania. Wszystkie wybrane węzły monitorujące, dodając kontroler urządzeń gospodarstwa domowego jako węzeł końcowy w sieci, dołączą do sieci, aby umożliwić sterowanie systemami bezpieczeństwa i urządzeniami gospodarstwa domowego za pośrednictwem bezprzewodowej sieci ZigBee.
2.2 Węzły monitorujące
Funkcje węzła monitorującego są następujące: 1) wykrywanie sygnału ciała człowieka, alarm dźwiękowy i świetlny w przypadku wtargnięcia złodziei; 2) sterowanie oświetleniem, tryb sterowania dzieli się na sterowanie automatyczne i sterowanie ręczne, sterowanie automatyczne włącza/wyłącza światło automatycznie w zależności od natężenia światła w pomieszczeniu, sterowanie ręczne oświetleniem odbywa się za pośrednictwem centralnego systemu sterowania, (3) informacje o alarmie i inne informacje są wysyłane do centrum sterowania i odbierane są polecenia sterujące z centrum sterowania w celu zakończenia sterowania sprzętem.
Tryb detekcji podczerwieni i mikrofal jest najpowszechniejszą metodą detekcji sygnałów wysyłanych przez ciało ludzkie. Piroelektryczna sonda podczerwieni to RE200B, a wzmacniacz to BISS0001. RE200B jest zasilany napięciem 3-10 V i posiada wbudowany piroelektryczny element podczerwieni o podwójnej czułości. Gdy element otrzymuje światło podczerwone, efekt fotoelektryczny występuje na biegunach każdego elementu, a ładunek ulega akumulacji. BISS0001 to hybrydowy układ scalony ASIC o strukturze cyfrowo-analogowej, składający się ze wzmacniacza operacyjnego, komparatora napięcia, kontrolera stanu, timera opóźnienia i timera blokowania. Wraz z RE200B i kilkoma komponentami można utworzyć pasywny piroelektryczny przełącznik podczerwieni. Moduł ANT-G100 został użyty jako czujnik mikrofalowy, częstotliwość środkowa wynosiła 10 GHz, a maksymalny czas ustalania sygnału 6 μs. W połączeniu z piroelektrycznym modułem podczerwieni, współczynnik błędów detekcji celu może zostać skutecznie zredukowany.
Moduł sterowania oświetleniem składa się głównie z rezystora światłoczułego i przekaźnika sterującego oświetleniem. Podłącz rezystor światłoczuły szeregowo z rezystorem regulowanym o rezystancji 10 kΩ, a następnie podłącz drugi koniec rezystora światłoczułego do masy, a drugi koniec rezystora regulowanego do poziomu wysokiego. Wartość napięcia w dwóch punktach połączenia rezystora jest uzyskiwana za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego SCM, aby określić, czy oświetlenie jest włączone. Użytkownik może regulować rezystancję, aby uzyskać natężenie światła tuż po włączeniu. Przełączniki oświetlenia wewnętrznego są sterowane za pomocą przekaźników. Dostępny jest tylko jeden port wejścia/wyjścia.
2.3 Wybierz dodany kontroler urządzeń gospodarstwa domowego
Wybierz dodanie sterowania urządzeniami gospodarstwa domowego, głównie w zależności od funkcji urządzenia, na przykład wentylatora elektrycznego. Sterowanie wentylatorem to centrum sterowania, w którym instrukcje sterowania wentylatorem z komputera są wysyłane do sterownika wentylatora elektrycznego za pośrednictwem sieci ZigBee. Różne numery identyfikacyjne urządzeń różnią się, na przykład w niniejszej umowie numer identyfikacyjny wentylatora to 122, a numer identyfikacyjny domowego telewizora kolorowego to 123, co umożliwia identyfikację różnych centrów sterowania urządzeniami gospodarstwa domowego. Dla tego samego kodu instrukcji różne urządzenia gospodarstwa domowego realizują różne funkcje. Rysunek 4 przedstawia zestawienie urządzeń gospodarstwa domowego wybranych do dodania.
3. Projektowanie oprogramowania systemowego
Projekt oprogramowania systemu składa się głównie z sześciu części, którymi są: projekt strony internetowej do zdalnego sterowania, projekt centralnego systemu zarządzania sterowaniem, projekt programu głównego kontrolera centrum sterowania ATMegal28, projekt programu koordynatora CC2430, projekt programu węzła monitorującego CC2430, projekt programu wyboru i dodawania urządzenia CC2430.
3.1 Projekt programu koordynatora ZigBee
Koordynator najpierw kończy inicjalizację warstwy aplikacji, ustawia stan warstwy aplikacji i stan odbioru na bezczynny, a następnie włącza przerwania globalne i inicjuje port wejścia/wyjścia. Następnie koordynator rozpoczyna budowę sieci bezprzewodowej w układzie gwiazdy. W protokole koordynator automatycznie wybiera pasmo 2,4 GHz, maksymalna liczba bitów na sekundę wynosi 62 500, domyślny PANID to 0×1347, maksymalna głębokość stosu to 5, maksymalna liczba bajtów na wysłanie to 93, a szybkość transmisji portu szeregowego wynosi 57 600 bitów/s. SL0W TIMER generuje 10 przerwań na sekundę. Po pomyślnym nawiązaniu połączenia z siecią ZigBee koordynator wysyła swój adres do mikrokontrolera (MCU) w centrum sterowania. W tym przypadku mikrokontroler (MCU) w centrum sterowania identyfikuje koordynatora ZigBee jako członka węzła monitorującego, a jego zidentyfikowany adres to 0. Program wchodzi do pętli głównej. Najpierw sprawdź, czy węzeł końcowy wysłał nowe dane. Jeśli tak, dane są przesyłane bezpośrednio do mikrokontrolera (MCU) centrum sterowania. Sprawdź, czy mikrokontroler (MCU) centrum sterowania otrzymał instrukcje. Jeśli tak, wyślij instrukcje do odpowiedniego węzła końcowego ZigBee. Oceń, czy zabezpieczenia są otwarte, czy doszło do włamania. Jeśli tak, wyślij informację o alarmie do mikrokontrolera (MCU) centrum sterowania. Oceń, czy światło znajduje się w stanie automatycznego sterowania. Jeśli tak, włącz przetwornik analogowo-cyfrowy w celu próbkowania. Wartość próbkowania jest kluczem do włączania lub wyłączania światła. Jeśli stan światła ulegnie zmianie, nowe informacje o stanie zostaną przesłane do MC-U centrum sterowania.
3.2 Programowanie węzła terminala ZigBee
Węzeł terminala ZigBee odnosi się do bezprzewodowego węzła ZigBee kontrolowanego przez koordynatora ZigBee. W systemie jest to głównie węzeł monitorujący oraz opcjonalnie sterownik urządzeń gospodarstwa domowego. Inicjalizacja węzłów terminala ZigBee obejmuje również inicjalizację warstwy aplikacji, otwieranie przerwań oraz inicjalizację portów wejścia/wyjścia. Następnie następuje próba dołączenia do sieci ZigBee. Należy pamiętać, że tylko węzły końcowe z skonfigurowanym koordynatorem ZigBee mogą dołączyć do sieci. Jeśli węzeł terminala ZigBee nie dołączy do sieci, będzie próbował ponownie co dwie sekundy, aż do pomyślnego dołączenia. Po pomyślnym dołączeniu do sieci węzeł terminala ZigBee wysyła swoje informacje rejestracyjne do koordynatora ZigBee, który następnie przekazuje je do mikrokontrolera (MCU) centrum sterowania w celu dokończenia rejestracji węzła terminala ZigBee. Jeśli węzeł terminala ZigBee jest węzłem monitorującym, może on sterować oświetleniem i systemami bezpieczeństwa. Program jest podobny do koordynatora ZigBee, z tą różnicą, że węzeł monitorujący musi przesłać dane do koordynatora ZigBee, a następnie koordynator ZigBee przesyła dane do mikrokontrolera (MCU) centrum sterowania. Jeśli węzeł końcowy ZigBee jest sterownikiem wentylatora elektrycznego, musi on jedynie odbierać dane z komputera nadrzędnego bez przesyłania stanu, dzięki czemu sterowanie może być realizowane bezpośrednio w przypadku przerwania bezprzewodowego odbioru danych. W przypadku przerwania bezprzewodowego odbioru danych wszystkie węzły końcowe tłumaczą odebrane instrukcje sterujące na parametry sterujące samego węzła i nie przetwarzają odebranych instrukcji bezprzewodowych w programie głównym węzła.
4 Debugowanie online
Rosnąca liczba instrukcji kodu instrukcji sprzętu stacjonarnego wydana przez centralny system zarządzania sterowaniem jest wysyłana do mikrokontrolera centrum sterowania poprzez port szeregowy komputera, do koordynatora poprzez dwuliniowy interfejs, a następnie do węzła terminala ZigBee przez koordynatora. Gdy węzeł terminala odbierze dane, są one ponownie wysyłane do komputera PC poprzez port szeregowy. Na tym komputerze PC dane odebrane przez węzeł terminala ZigBee są porównywane z danymi wysłanymi przez centrum sterowania. Centralny system zarządzania sterowaniem wysyła 2 instrukcje na sekundę. Po 5 godzinach testowania oprogramowanie testujące zatrzymuje się, gdy pokazuje, że całkowita liczba odebranych pakietów wynosi 36 000 pakietów. Wyniki testów oprogramowania testującego transmisję danych wieloprotokołowych przedstawiono na rysunku 6. Liczba poprawnych pakietów wynosi 36 000, liczba błędnych pakietów wynosi 0, a wskaźnik dokładności wynosi 100%.
Technologia ZigBee służy do realizacji wewnętrznej sieci inteligentnego domu, co zapewnia wygodę zdalnego sterowania, elastyczność dodawania nowych urządzeń i niezawodność sterowania. Technologia RFTD służy do identyfikacji użytkowników i poprawy bezpieczeństwa systemu. Dzięki dostępowi do modułu GSM realizowane są funkcje zdalnego sterowania i alarmu.
Czas publikacji: 06-01-2022