Smarthjem er et hus som plattform, bruk av integrert ledningsteknologi, nettverkskommunikasjonsteknologi, sikkerhetsteknologi, automatisk kontrollteknologi, lyd- og videoteknologi for å integrere husholdningsrelaterte fasiliteter, planlegge for å bygge effektive bofasiliteter og familiestyringssystemer, forbedre hjemmets sikkerhet, bekvemmelighet, komfort, kunstnerisk utforming og realisere miljøvern og energisparende bomiljø. Basert på den nyeste definisjonen av smarthjem, referert til egenskapene til ZigBee-teknologien, design av dette systemet, inneholder det nødvendige i et smarthjem-system (smart hjem (sentral) kontrollsystem, husholdningsbelysningskontrollsystem, hjemmesikkerhetssystemer), basert på sammenkoblet husholdningsledningssystem, hjemmenettverkssystem, bakgrunnsmusikksystem og familiemiljøkontrollsystem. Basert på bekreftelsen om at det lever i intelligens, installeres kun alle nødvendige systemer fullstendig, og husholdningssystemer som installerer valgfrie systemer av minst én type eller høyere kan kalle intelligente lever i. Derfor kan dette systemet kalles intelligent hjem.
1. Systemdesignskjema
Systemet består av kontrollerte enheter og fjernkontrollenheter i hjemmet. Blant disse inkluderer de kontrollerte enhetene i familien hovedsakelig datamaskiner som kan få tilgang til internett, kontrollsenteret, overvåkingsnoden og kontrolleren for husholdningsapparater som kan legges til. Fjernkontrollenheter består hovedsakelig av eksterne datamaskiner og mobiltelefoner.
Systemets hovedfunksjoner er: 1) forsidevisning av nettsider og administrasjon av bakgrunnsinformasjon; 2) bryterkontroll av innendørs husholdningsapparater, sikkerhet og belysning via internett og mobiltelefon; 3) brukeridentifikasjon via RFID-modulen for å fullføre statusveksling for innendørs sikkerhet, og sende SMS-alarm til brukeren i tilfelle tyveri; 4) lokal kontroll og statusvisning av innendørsbelysning og husholdningsapparater gjennom programvaren for sentralstyringssystemer; 5) lagring av personlig informasjon og status for innendørsutstyr gjøres ved hjelp av databasen. Det er praktisk for brukere å spørre om statusen til innendørsutstyr via det sentrale kontroll- og administrasjonssystemet.
2. Systemmaskinvaredesign
Maskinvaredesignet til systemet inkluderer design av kontrollsenteret, overvåkingsnoden og det valgfrie tillegget av husholdningsapparatkontrolleren (ta den elektriske viftekontrolleren som et eksempel).
2.1 Kontrollsenteret
Hovedfunksjonene til kontrollsenteret er som følger: 1) Å bygge et trådløst ZigBee-nettverk, legge til alle overvåkingsnoder i nettverket og motta nytt utstyr; 2) Brukeridentifikasjon, brukeren hjemme eller tilbake via brukerkortet for å oppnå innendørs sikkerhetsbryter; 3) Når en innbruddstyv trenger inn i rommet, send en kort melding til brukeren for å alarmere. Brukere kan også kontrollere innendørs sikkerhet, belysning og husholdningsapparater via korte meldinger; 4) Når systemet kjører alene, viser LCD-skjermen gjeldende systemstatus, noe som er praktisk for brukerne å se; 5) Lagre statusen til elektrisk utstyr og send den til PC-en for å gjøre systemet online.
Maskinvaren støtter Carrier Sense multiple access/kollisjonsdeteksjon (CSMA/CA). Driftsspenningen på 2,0 ~ 3,6 V bidrar til lavt strømforbruk i systemet. Sett opp et trådløst ZigBee-stjernenettverk innendørs ved å koble til ZigBee-koordinatormodulen i kontrollsenteret. Og alle overvåkingsnodene, valgt for å legge til husholdningsapparatkontrolleren som terminalnode i nettverket for å bli med i nettverket, for å realisere trådløs ZigBee-nettverkskontroll av innendørs sikkerhet og husholdningsapparater.
2.2 Overvåkingsnoder
Funksjonene til overvåkingsnoden er som følger: 1) deteksjon av menneskekroppssignaler, lyd- og lysalarm når tyver invaderer; 2) lyskontroll, kontrollmodusen er delt inn i automatisk kontroll og manuell kontroll, automatisk kontroll slår lyset av/på automatisk i henhold til styrken på innendørslyset, manuell kontroll av lyskontrollen skjer via det sentrale kontrollsystemet, (3) alarminformasjon og annen informasjon sendes til kontrollsenteret, og mottar kontrollkommandoer fra kontrollsenteret for å fullføre utstyrskontrollen.
Infrarød pluss mikrobølgedeteksjonsmodus er den vanligste måten å detektere signaler fra menneskekroppen på. Den pyroelektriske infrarøde sonden er RE200B, og forsterkningsenheten er BISS0001. RE200B drives av 3–10 V spenning og har et innebygd pyroelektrisk dobbeltfølsomt infrarødt element. Når elementet mottar infrarødt lys, vil den fotoelektriske effekten oppstå ved polene til hvert element, og ladningen vil akkumuleres. BISS0001 er en digital-analog hybrid asIC som består av en operasjonsforsterker, spenningskomparator, tilstandskontroller, forsinkelsestimer og blokkeringstimer. Sammen med RE200B og noen få komponenter kan den passive pyroelektriske infrarøde bryteren dannes. Ant-g100-modulen ble brukt som mikrobølgesensor, senterfrekvensen var 10 GHz, og den maksimale etableringstiden var 6 μs. Kombinert med den pyroelektriske infrarøde modulen kan feilraten for måldeteksjon reduseres effektivt.
Lyskontrollmodulen består hovedsakelig av en lysfølsom motstand og et lyskontrollrelé. Koble den lysfølsomme motstanden i serie med den justerbare motstanden på 10 K ω, koble deretter den andre enden av den lysfølsomme motstanden til jord, og koble den andre enden av den justerbare motstanden til høynivå. Spenningsverdien for de to motstandstilkoblingspunktene oppnås gjennom SCM analog-til-digital-omformeren for å avgjøre om lyset er på. Justerbar motstand kan justeres av brukeren for å møte lysintensiteten når lyset nettopp er slått på. Innendørs belysningsbrytere styres av reléer. Bare én inngangs-/utgangsport kan oppnås.
2.3 Velg den tillagte husholdningsapparatkontrolleren
For å oppnå enhetskontroll, velg å legge til kontroll over husholdningsapparater hovedsakelig i henhold til enhetens funksjon. Her er den elektriske viften et eksempel. Viftekontroll er kontrollsenteret, og instruksjoner for viftekontroll sendes via PC til viftekontrolleren via ZigBee-nettverksimplementering. Ulike apparaters identifikasjonsnummer er forskjellige. For eksempel er vifteidentifikasjonsnummeret i denne avtalen 122, og identifikasjonsnummeret for farge-TV-er er 123. Dette gir gjenkjenning av ulike elektriske husholdningsapparaters kontrollsenter. Forskjellige husholdningsapparater utfører forskjellige funksjoner med samme instruksjonskode. Figur 4 viser sammensetningen av husholdningsapparatene som er valgt for tillegg.
3. Systemprogramvaredesign
Systemprogramvaredesignet består hovedsakelig av seks deler: design av nettsider for fjernkontroll, design av sentralstyrt kontrollsystem, programdesign for ATMegal28 for hovedkontroller i kontrollsenteret, programdesign for CC2430-koordinator, programdesign for CC2430-overvåkingsnode og programdesign for CC2430-valg for å legge til enheter.
3.1 Utforming av ZigBee Coordinator-programmet
Koordinatoren fullfører først initialiseringen av applikasjonslaget, setter applikasjonslagets tilstand og mottakstilstand til inaktiv, slår deretter på globale avbrudd og initialiserer I/O-porten. Koordinatoren begynner deretter å bygge et trådløst stjernenettverk. I protokollen velger koordinatoren automatisk 2,4 GHz-båndet, maksimalt antall bits per sekund er 62 500, standard PANID er 0 × 1347, maksimal stakkdybde er 5, maksimalt antall byte per sending er 93, og serieportens baudrate er 57 600 bit/s. SL0W TIMER genererer 10 avbrudd per sekund. Etter at ZigBee-nettverket er opprettet, sender koordinatoren adressen sin til MCU-en i kontrollsenteret. Her identifiserer kontrollsenterets MCU ZigBee-koordinatoren som et medlem av overvåkingsnoden, og den identifiserte adressen er 0. Programmet går inn i hovedløkken. Først bestemmes om det er nye data sendt av terminalnoden. Hvis det er det, overføres dataene direkte til MCU-en i kontrollsenteret. Avgjør om MCU-en i kontrollsenteret har sendt instruksjoner, og i så fall send instruksjonene til den tilsvarende ZigBee-terminalnoden. Vurder om sikkerheten er åpen, om det er en innbruddstyv, og i så fall send alarminformasjonen til MCU-en i kontrollsenteret. Vurder om lyset er i automatisk kontrolltilstand, og i så fall slå på analog-til-digital-omformeren for sampling. Samplingsverdien er nøkkelen til å slå lyset av eller på. Hvis lysets tilstand endres, overføres den nye tilstandsinformasjonen til kontrollsenteret MC-U.
3.2 ZigBee-terminalnodeprogrammering
ZigBee-terminalnode refererer til den trådløse ZigBee-noden som styres av ZigBee-koordinatoren. I systemet er det hovedsakelig overvåkingsnoden og valgfritt tillegg av en husholdningsapparatkontroller. Initialisering av ZigBee-terminalnoder inkluderer også initialisering av applikasjonslaget, åpning av avbrudd og initialisering av I/O-porter. Prøv deretter å koble til ZigBee-nettverket. Det er viktig å merke seg at bare sluttnoder med ZigBee-koordinatoroppsett har lov til å koble til nettverket. Hvis ZigBee-terminalnoden ikke klarer å koble til nettverket, vil den prøve igjen hvert andre sekund til den kobler seg til nettverket. Etter at den er koblet til nettverket, sender ZI-Gbee-terminalnoden registreringsinformasjonen sin til ZigBee-koordinatoren, som deretter videresender den til MCU-en i kontrollsenteret for å fullføre registreringen av ZigBee-terminalnoden. Hvis ZigBee-terminalnoden er en overvåkingsnode, kan den utføre kontroll over belysning og sikkerhet. Programmet ligner på ZigBee-koordinatoren, bortsett fra at overvåkingsnoden må sende data til ZigBee-koordinatoren, og deretter sender ZigBee-koordinatoren data til MCU-en i kontrollsenteret. Hvis ZigBee-terminalnoden er en elektrisk viftekontroller, trenger den bare å motta data fra den øvre datamaskinen uten å laste opp statusen, slik at kontrollen kan fullføres direkte ved avbrudd i trådløst datamottak. Ved avbrudd i trådløst datamottak oversetter alle terminalnoder de mottatte kontrollinstruksjonene til kontrollparametrene til selve noden, og behandler ikke de mottatte trådløse instruksjonene i nodens hovedprogram.
4 Feilsøking på nett
Den økende instruksjonen for instruksjonskoden til fast utstyr utstedt av det sentrale kontrollsystemet sendes til MCU i kontrollsenteret via datamaskinens serielle port, og til koordinatoren via tolinjers grensesnitt, og deretter til ZigBee-terminalnoden av koordinatoren. Når terminalnoden mottar dataene, sendes dataene til PC-en via seriell port igjen. På denne PC-en sammenlignes dataene som mottas av ZigBee-terminalnoden med dataene som sendes av kontrollsenteret. Det sentrale kontrollsystemet sender 2 instruksjoner hvert sekund. Etter 5 timers testing stopper testprogramvaren når den viser at det totale antallet mottatte pakker er 36 000 pakker. Testresultatene for testprogramvaren for dataoverføring med flere protokoller vises i figur 6. Antallet riktige pakker er 36 000, antallet feilaktige pakker er 0, og nøyaktighetsgraden er 100 %.
ZigBee-teknologi brukes til å realisere intern nettverksbygging i smarthjem, som har fordelene med praktisk fjernkontroll, fleksibel tillegg av nytt utstyr og pålitelig kontrollytelse. RFTD-teknologi brukes til å realisere brukeridentifikasjon og forbedre systemsikkerheten. Gjennom tilgang til GSM-modulen realiseres fjernkontroll- og alarmfunksjoner.
Publisert: 06.01.2022