Паметниот дом е куќа како платформа, која користи интегрирана технологија за ожичување, технологија за мрежна комуникација, технологија за безбедност, технологија за автоматска контрола, аудио и видео технологија за интегрирање на објекти поврзани со домаќинството, распоред за изградба на ефикасни станбени објекти и систем за управување со семејни работи, подобрување на безбедноста на домот, практичноста, удобноста, уметноста и остварување на заштита на животната средина и заштеда на енергија во животната средина. Врз основа на најновата дефиниција за паметен дом, осврнувајќи се на карактеристиките на ZigBee технологијата, дизајнот на овој систем, потребниот систем за паметен дом (централен систем за контрола на паметен дом, систем за контрола на осветлување во домаќинството, системи за домашна безбедност), врз основа на поврзување на домашниот систем за ожичување, систем за домашна мрежа, систем за музика во позадина и систем за контрола на семејната средина. Со потврда дека живее во интелигенција, инсталиран е само целиот потребен систем, а домашниот систем што инсталира опционален систем од еден или повеќе вид може да се нарече интелигентен. Затоа, овој систем може да се нарече интелигентен дом.
1. Шема за дизајн на системот
Системот е составен од контролирани уреди и уреди за далечинско управување во домот. Меѓу нив, контролираните уреди во семејството главно вклучуваат компјутер што може да пристапи до интернет, контролниот центар, јазолот за следење и контролерот на домашните апарати што може да се додадат. Уредите за далечинско управување главно се составени од далечински компјутери и мобилни телефони.
Главните функции на системот се: 1) прегледување на почетната страница на веб-страницата, управување со информациите во позадина; 2) контрола на прекинувачите на домашните апарати за домаќинство во затворен простор, безбедноста и осветлувањето преку интернет и мобилен телефон; 3) преку RFID модулот за идентификација на корисникот, со цел да се заврши префрлувањето на статусот на безбедноста во затворен простор, во случај на кражба преку SMS аларм до корисникот; 4) преку софтверот на централниот систем за управување со контрола за да се заврши локалната контрола и прикажување на статусот на внатрешното осветлување и домашните апарати; 5) складирањето на лични информации и складирањето на статусот на внатрешната опрема се извршува со користење на базата на податоци. Корисниците можат лесно да ја пребаруваат состојбата на внатрешната опрема преку централниот систем за контрола и управување.
2. Дизајн на системски хардвер
Хардверскиот дизајн на системот вклучува дизајн на контролниот центар, јазолот за следење и опционалното додавање на контролерот за домашни апарати (земете го како пример електричниот контролер на вентилаторот).
2.1 Контролниот центар
Главните функции на контролниот центар се следниве: 1) Да се изгради безжична ZigBee мрежа, да се додадат сите мониторинг јазли на мрежата и да се реализира прием на нова опрема; 2) идентификација на корисникот, корисникот дома или назад преку корисничката картичка за да се постигне прекинувач за внатрешна безбедност; 3) Кога крадец ќе влезе во просторијата, да се испрати кратка порака до корисникот за аларм. Корисниците исто така можат да ја контролираат внатрешната безбедност, осветлувањето и домашните апарати преку кратки пораки; 4) Кога системот работи самостојно, LCD екранот ја прикажува моменталната состојба на системот, што е погодно за корисниците да ја видат; 5) Зачувување на состојбата на електричната опрема и испраќање до компјутер за да се реализира системот онлајн.
Хардверот поддржува повеќекратен пристап/детекција на судир со Carrier Sense (CSMA/CA). Работниот напон од 2,0 ~ 3,6 V е погоден за ниска потрошувачка на енергија на системот. Поставете безжична ZigBee star мрежа во затворен простор со поврзување со ZigBee координаторот модул во контролниот центар. И сите јазли за следење, избрани за да го додадат контролерот на домашните апарати како терминален јазол во мрежата за да се приклучат на мрежата, со цел да се реализира безжичната ZigBee мрежна контрола на внатрешната безбедност и домашните апарати.
2.2 Јазли за следење
Функциите на мониторинг јазолот се следниве: 1) детекција на сигнал од човечкото тело, звучен и светлосен аларм кога крадци ќе влезат во куќата; 2) контрола на осветлувањето, режимот на контрола е поделен на автоматска контрола и рачна контрола, автоматската контрола е вклучување/исклучување на светлото автоматски според јачината на внатрешното светло, рачната контрола на осветлувањето е преку централниот контролен систем, (3) информациите за алармот и другите информации се испраќаат до контролниот центар и примаат контролни команди од контролниот центар за да се заврши контролата на опремата.
Режимот на детекција со инфрацрвено зрачење плус микробранова печка е најчестиот начин за детекција на сигнали од човечкото тело. Пироелектричната инфрацрвена сонда е RE200B, а уредот за засилување е BISS0001. RE200B се напојува со напон од 3-10 V и има вграден пироелектричен двојно чувствителен инфрацрвен елемент. Кога елементот ќе прими инфрацрвена светлина, фотоелектричниот ефект ќе се појави на половите на секој елемент и полнежот ќе се акумулира. BISS0001 е дигитално-аналоген хибриден asIC составен од оперативен засилувач, компаратор на напон, контролер на состојба, тајмер за време на одложување и тајмер за време на блокирање. Заедно со RE200B и неколку компоненти, може да се формира пасивен пироелектричен инфрацрвен прекинувач. Модулот Ant-g100 беше користен за микробрановиот сензор, централната фреквенција беше 10 GHz, а максималното време на воспоставување беше 6 μs. Во комбинација со пироелектричен инфрацрвен модул, стапката на грешки при детекција на целта може ефикасно да се намали.
Модулот за контрола на осветлувањето е главно составен од фотосензитивен отпорник и реле за контрола на осветлувањето. Поврзете го фотосензитивниот отпорник сериски со прилагодливиот отпорник од 10 K ω, потоа поврзете го другиот крај на фотосензитивниот отпорник со земјата и поврзете го другиот крај на прилагодливиот отпорник со високото ниво. Вредноста на напонот на двете точки на поврзување на отпорот се добива преку SCM аналогно-дигитален конвертор за да се утврди дали струјата на светлото е вклучена. Корисникот може да го прилагоди прилагодливиот отпор за да одговара на интензитетот на светлината кога светлото е штотуку вклучено. Прекинувачите за внатрешно осветлување се контролираат со релеи. Може да се постигне само еден влезно/излезен порт.
2.3 Изберете го додадениот контролер за домашни апарати
Додавањето контрола на домашните апарати може да се избере главно според функцијата на уредот за да се постигне контрола на уредот, тука на пример електричниот вентилатор. Контролата на вентилаторот е контролниот центар, кој ќе биде составен од инструкции за контрола на вентилаторот на компјутерот испратени до контролерот на електричниот вентилатор преку имплементација на ZigBee мрежата, различните апарати се различни, на пример, одредбите од овој договор идентификациски број на вентилаторот е 122, а домашниот телевизор во боја е 123, со што се реализира препознавање на различни контролни центри за електрични домашни апарати. За истиот код на инструкции, различните домашни апарати извршуваат различни функции. Слика 4 го прикажува составот на домашните апарати избрани за додавање.
3. Дизајн на системски софтвер
Дизајнот на системскиот софтвер главно вклучува шест дела, кои се дизајн на веб-страница за далечинско управување, дизајн на систем за управување со централна контрола, дизајн на програмата ATMegal28 за главен контролер на контролниот центар, дизајн на програмата за координатор CC2430, дизајн на програмата за мониторинг јазол CC2430, дизајн на програмата за избор и додавање уред CC2430.
3.1 Дизајн на програмата ZigBee Coordinator
Координаторот прво ја завршува иницијализацијата на апликацискиот слој, ја поставува состојбата на апликацискиот слој и состојбата на прием на неактивност, потоа ги вклучува глобалните прекини и го иницијализира I/O портот. Потоа координаторот започнува со градење на безжична ѕвездена мрежа. Во протоколот, координаторот автоматски го избира опсегот од 2,4 GHz, максималниот број на битови во секунда е 62 500, стандардниот PANID е 0×1347, максималната длабочина на стекот е 5, максималниот број на бајти по испраќање е 93, а брзината на пренос на серискиот порт е 57 600 bit/s. SL0W TIMER генерира 10 прекини во секунда. Откако ZigBee мрежата ќе биде успешно воспоставена, координаторот ја испраќа својата адреса до микроконтролерот (MCU) на контролниот центар. Тука, микроконтролерот (MCU) на контролниот центар го идентификува ZigBee координаторот како член на јазолот за следење, а неговата идентификувана адреса е 0. Програмата влегува во главната јамка. Прво, утврди дали има нови податоци испратени од терминалниот јазол, доколку ги има, податоците се пренесуваат директно до микроконтролерот (MCU) на контролниот центар; утврди дали микроконтролерот (MCU) на контролниот центар има испратени инструкции, доколку е така, испрати ги инструкциите до соодветниот ZigBee терминален јазол; процени дали безбедноста е отворена, дали има кражба, доколку е така, испрати ги информациите за алармот до микроконтролерот (MCU) на контролниот центар; процени дали светлото е во состојба на автоматска контрола, доколку е така, вклучи го аналогно-дигиталниот конвертор за земање примероци, вредноста на земањето примероци е клучот за вклучување или исклучување на светлото, доколку состојбата на светлото се промени, информациите за новата состојба се пренесуваат до контролниот центар MC-U.
3.2 Програмирање на ZigBee терминални јазли
Терминалниот јазол ZigBee се однесува на безжичниот ZigBee јазол контролиран од ZigBee координаторот. Во системот, тоа е главно јазол за следење и опционално додавање на контролер за домашни апарати. Иницијализацијата на терминалните јазли ZigBee, исто така, вклучува иницијализација на апликацискиот слој, отворање прекини и иницијализација на I/O порти. Потоа обидете се да се приклучите на ZigBee мрежата. Важно е да се напомене дека само крајните јазли со поставен ZigBee координатор се дозволени да се приклучат на мрежата. Ако терминалниот јазол ZigBee не успее да се приклучи на мрежата, тој ќе се обидува повторно на секои две секунди додека успешно не се приклучи на мрежата. По успешното приклучување на мрежата, терминалниот јазол ZI-Gbee ги испраќа своите информации за регистрација до ZigBee координаторот, кој потоа ги препраќа до MCU-то на контролниот центар за да се заврши регистрацијата на терминалниот јазол ZigBee. Ако терминалниот јазол ZigBee е јазол за следење, тој може да ја реализира контролата на осветлувањето и безбедноста. Програмата е слична на ZigBee координаторот, освен што јазолот за следење треба да испраќа податоци до ZigBee координаторот, а потоа ZigBee координаторот испраќа податоци до микроконтролерот на контролниот центар. Ако ZigBee терминалниот јазол е електричен вентилаторски контролер, тој треба само да ги прима податоците од горниот компјутер без да ја прикачува состојбата, така што неговата контрола може директно да се заврши со прекин на безжичниот прием на податоци. При прекин на безжичниот прием на податоци, сите терминални јазли ги преведуваат примените контролни инструкции во контролните параметри на самиот јазол и не ги обработуваат примените безжични инструкции во главната програма на јазолот.
4 Онлајн дебагирање
Зголемената инструкција за инструкцискиот код на фиксната опрема издадена од централниот систем за управување со контрола се испраќа до микроконтролерот (MCU) на контролниот центар преку серискиот порт на компјутерот, до координаторот преку дволинискиот интерфејс, а потоа до ZigBee терминалниот јазол од страна на координаторот. Кога терминалниот јазол ги прима податоците, податоците повторно се испраќаат до компјутерот преку серискиот порт. На овој компјутер, податоците примени од ZigBee терминалниот јазол се споредуваат со податоците испратени од контролниот центар. Централниот систем за управување со контрола испраќа 2 инструкции секоја секунда. По 5 часа тестирање, софтверот за тестирање запира кога ќе покаже дека вкупниот број на примени пакети е 36.000 пакети. Резултатите од тестот на софтверот за тестирање на пренос на податоци со повеќе протоколи се прикажани на Слика 6. Бројот на точни пакети е 36.000, бројот на погрешни пакети е 0, а стапката на точност е 100%.
ZigBee технологијата се користи за реализација на внатрешното вмрежување на паметниот дом, што има предности како што се практично далечинско управување, флексибилно додавање на нова опрема и сигурни контролни перформанси. RFTD технологијата се користи за идентификација на корисникот и подобрување на безбедноста на системот. Преку пристап до GSM модулот, се реализираат функциите за далечинско управување и аларм.
Време на објавување: 06.01.2022