Разумны дом - гэта дом як платформа, выкарыстанне інтэграваных тэхналогій электраправодкі, сеткавых камунікацыйных тэхналогій, тэхналогій бяспекі, тэхналогій аўтаматычнага кіравання, аўдыё- і відэатэхналогій для інтэграцыі аб'ектаў, звязаных з хатнім жыццём, графік для стварэння эфектыўных жылых памяшканняў і сістэмы кіравання сямейнымі справамі , палепшыць хатнюю бяспеку, зручнасць, камфорт, артыстызм, а таксама рэалізаваць абарону навакольнага асяроддзя і энергазберагальнае асяроддзе пражывання. Грунтуючыся на апошнім вызначэнні разумнага дома, звярніцеся да характарыстык тэхналогіі ZigBee, дызайну гэтай сістэмы, неабходны ў змяшчае сістэму разумнага дома (сістэма разумнага дома (цэнтральная) сістэма кіравання, сістэма кіравання хатнім асвятленнем, сістэмы хатняй бяспекі), на аснове аб'яднанай сістэмы бытавой электраправодкі, сістэмы хатняй сеткі, сістэмы фонавай музыкі і сістэмы кантролю сямейнага асяроддзя. Па сцвярджэнні, што жыве ў інтэлекце, усталявана толькі ўся неабходная сістэма, а бытавая сістэма, у якой усталявана дадатковая сістэма аднаго тыпу і вышэй, можа называцца інтэлектам. Такім чынам, гэтую сістэму можна назваць разумным домам.
1. Схема праектавання сістэмы
Сістэма складаецца з кіраваных прылад і прылад дыстанцыйнага кіравання ў доме. Сярод іх кіраваныя прылады ў сямействе ў асноўным уключаюць камп'ютар, які мае доступ да Інтэрнэту, цэнтр кіравання, вузел маніторынгу і кантролер бытавой тэхнікі, які можна дадаць. Прылады дыстанцыйнага кіравання ў асноўным складаюцца з аддаленых кампутараў і мабільных тэлефонаў.
Асноўныя функцыі сістэмы: 1) прагляд галоўнай старонкі вэб-старонкі, кіраванне фонавай інфармацыяй; 2) Рэалізаваць кіраванне камутатарамі ўнутраных бытавых прыбораў, бяспекі і асвятлення праз Інтэрнэт і мабільны тэлефон; 3) Праз RFID-модуль для рэалізацыі ідэнтыфікацыі карыстальніка, каб завяршыць пераключэнне стану бяспекі ў памяшканні ў выпадку крадзяжу праз SMS сігналізацыі для карыстальніка; 4) Праз праграмнае забеспячэнне цэнтральнай сістэмы кіравання для завяршэння мясцовага кіравання і адлюстравання стану ўнутранага асвятлення і бытавой тэхнікі; 5) Захоўванне асабістай інфармацыі і захоўванне стану ўнутранага абсталявання завяршаецца выкарыстаннем базы даных. Карыстальнікам зручна запытваць стан унутранага абсталявання праз цэнтральную сістэму кантролю і кіравання.
2. Дызайн апаратнага забеспячэння сістэмы
Апаратная канструкцыя сістэмы ўключае ў сябе канструкцыю цэнтра кіравання, вузла маніторынгу і дадатковае даданне кантролера бытавой тэхнікі (у якасці прыкладу возьмем кантролер электрычнага вентылятара).
2.1 Цэнтр кіравання
Асноўныя функцыі цэнтра кіравання наступныя: 1) Пабудаваць бесправадную сетку ZigBee, дадаць у сетку ўсе вузлы маніторынгу і рэалізаваць прыём новага абсталявання; 2) ідэнтыфікацыя карыстальніка, карыстальнік дома або назад праз картку карыстальніка для дасягнення ўнутранага выключальніка бяспекі; 3) Калі рабаўнік урываецца ў памяшканне, адпраўце кароткае паведамленне карыстальніку, каб выклікаць трывогу. Карыстальнікі таксама могуць кіраваць аховай у памяшканні, асвятленнем і бытавой тэхнікай з дапамогай кароткіх паведамленняў; 4) Калі сістэма працуе самастойна, на ВК-дысплеі адлюстроўваецца бягучы стан сістэмы, што зручна для прагляду карыстальнікам; 5) Захоўвайце стан электраабсталявання і адпраўляйце яго на ПК для рэалізацыі сістэмы ў рэжыме онлайн.
Апаратнае забеспячэнне падтрымлівае множны доступ з сэнсарам апорнай/выяўленне сутыкненняў (CSMA/CA). Працоўнае напружанне 2,0 ~ 3,6 В спрыяе нізкаму энергаспажыванню сістэмы. Наладзьце бесправадную зорную сетку ZigBee у памяшканні, падключыўшыся да модуля каардынатара ZigBee у цэнтры кіравання. І ўсе вузлы маніторынгу, абраныя для дадання кантролера бытавой тэхнікі ў якасці тэрмінальнага вузла ў сетцы для далучэння да сеткі, каб рэалізаваць кіраванне бесправадной сеткай ZigBee сістэмай бяспекі ў памяшканнях і бытавой тэхнікай.
2.2 Вузлы маніторынгу
Функцыі вузла маніторынгу: 1) выяўленне сігналаў цела чалавека, гукавая і светлавая сігналізацыя пры пранікненні злодзеяў; 2) кіраванне асвятленнем, рэжым кіравання дзеліцца на аўтаматычнае кіраванне і ручное кіраванне, аўтаматычнае кіраванне ўключаецца/выключаецца святло аўтаматычна ў залежнасці ад сілы асвятлення ў памяшканні, ручное кіраванне, кіраванне асвятленнем ажыццяўляецца праз цэнтральную сістэму кіравання, (3) інфармацыя аб сігналізацыі і іншая інфармацыя, якая адпраўляецца ў цэнтр кіравання, і атрымлівае каманды кіравання з цэнтра кіравання для завяршэння кіравання абсталяваннем.
Рэжым інфрачырвонага і мікрахвалевага выяўлення з'яўляецца найбольш распаўсюджаным спосабам выяўлення сігналу цела чалавека. Піраэлектрычны інфрачырвоны зонд - RE200B, а ўзмацняльнае прылада - BISS0001. RE200B сілкуецца ад напругі 3-10 В і мае ўбудаваны піраэлектрычны двухадчувальны інфрачырвоны элемент. Калі элемент атрымлівае інфрачырвонае святло, на полюсах кожнага элемента ўзнікае фотаэлектрычны эфект і назапашваецца зарад. BISS0001 - гэта лічбава-аналагавая гібрыдная мікрасхема, якая складаецца з аперацыйнага ўзмацняльніка, кампаратара напружання, кантролера стану, таймера часу затрымкі і таймера часу блакіроўкі. Разам з RE200B і некалькімі кампанентамі можна стварыць пасіўны піраэлектрычны інфрачырвоны перамыкач. Модуль Ant-g100 выкарыстоўваўся для мікрахвалевага датчыка, цэнтральная частата была 10 Ггц, а максімальны час усталявання - 6 мкс. У спалучэнні з піраэлектрычным інфрачырвоным модулем частата памылак выяўлення мэты можа быць эфектыўна зніжана.
Модуль кіравання святлом у асноўным складаецца з святлоадчувальнага рэзістара і рэле кіравання святлом. Злучыце святлоадчувальны рэзістар паслядоўна з рэгуляваным рэзістарам 10 КОм, затым падключыце другі канец святлоадчувальнага рэзістара да зямлі, а другі канец рэгуляванага рэзістара падключыце да высокага ўзроўню. Значэнне напружання дзвюх кропак злучэння супраціву атрымліваецца праз аналагава-лічбавы пераўтваральнік SCM, каб вызначыць, ці гарыць індыкатар току. Рэгуляванае супраціўленне можа рэгулявацца карыстальнікам у адпаведнасці з інтэнсіўнасцю святла, калі святло толькі што ўключана. Выключальнікі ўнутранага асвятлення кіруюцца рэле. Можа быць створаны толькі адзін порт уводу/вываду.
2.3 Выберыце дададзены кантролер бытавой тэхнікі
Выбірайце кантроль над бытавой тэхнікай у асноўным у залежнасці ад функцыі прылады, каб дасягнуць кіравання прыладай, напрыклад, электрычны вентылятар. Кіраванне вентылятарам - гэта цэнтр кіравання, які будзе інструкцыямі па кіраванні вентылятарам ПК, якія адпраўляюцца на кантролер электрычнага вентылятара праз рэалізацыю сеткі ZigBee, ідэнтыфікацыйны нумар розных прыбораў адрозніваецца, напрыклад, палажэнні гэтага пагаднення ідэнтыфікацыйны нумар вентылятара 122, ідэнтыфікацыйны нумар хатняга каляровага тэлевізара складае 123, такім чынам рэалізуючы распазнаванне цэнтра кіравання рознымі электрабытавымі прыборамі. Для аднаго і таго ж кода інструкцыі розная бытавая тэхніка выконвае розныя функцыі. На малюнку 4 паказаны склад абранай для дапаўнення бытавой тэхнікі.
3. Праектаванне сістэмнага праграмнага забеспячэння
Дызайн сістэмнага праграмнага забеспячэння ў асноўным уключае шэсць частак: дызайн вэб-старонкі дыстанцыйнага кіравання, дызайн сістэмы кіравання цэнтральным кіраваннем, дызайн праграмы галоўнага кантролера цэнтра кіравання ATMegal28, дызайн праграмы каардынатара CC2430, дызайн праграмы вузла маніторынгу CC2430, дызайн праграмы выбару дадання прылады CC2430.
3.1 Дызайн праграмы ZigBee Coordinator
Каардынатар спачатку завяршае ініцыялізацыю прыкладнога ўзроўню, усталёўвае стан прыкладнога ўзроўню і стан прыёму ў рэжым чакання, затым уключае глабальныя перапыненні і ініцыялізуе порт уводу-вываду. Затым каардынатар пачынае будаваць бесправадную зорную сетку. У пратаколе каардынатар аўтаматычна выбірае дыяпазон 2,4 ГГц, максімальную колькасць біт у секунду складае 62 500, PANID па змаўчанні складае 0×1347, максімальная глыбіня стэка - 5, максімальная колькасць байтаў на адпраўку - 93, і хуткасць паслядоўнага порта складае 57 600 біт/с. ТАЙМЕР SL0W генеруе 10 перапыненняў у секунду. Пасля паспяховага ўсталявання сеткі ZigBee каардынатар адпраўляе яе адрас у MCU цэнтра кіравання. Тут MCU цэнтра кіравання ідэнтыфікуе каардынатар ZigBee як член вузла маніторынгу, і яго ідэнтыфікаваны адрас роўны 0. Праграма ўваходзіць у асноўны цыкл. Спачатку вызначце, ці ёсць новыя даныя, адпраўленыя тэрмінальным вузлом, калі ёсць, даныя непасрэдна перадаюцца ў MCU цэнтра кіравання; Вызначце, ці мае MCU цэнтра кіравання адпраўленыя інструкцыі, калі так, адпраўце інструкцыі ў адпаведны тэрмінальны вузел ZigBee; Судзіце, ці адкрыта ахова, ці ёсць рабаўнік, калі так, адпраўце інфармацыю аб сігналізацыі ў MCU цэнтра кіравання; Вызначце, ці знаходзіцца святло ў стане аўтаматычнага кіравання, калі так, уключыце аналагава-лічбавы пераўтваральнік для выбаркі, значэнне выбаркі з'яўляецца ключом для ўключэння або выключэння святла, калі стан святла змяняецца, новая інфармацыя аб стане перадаецца ў цэнтр кіравання MC-U.
3.2 Праграмаванне тэрмінальнага вузла ZigBee
Тэрмінальны вузел ZigBee адносіцца да бесправаднога вузла ZigBee, якім кіруе каардынатар ZigBee. У сістэме гэта ў асноўным вузел маніторынгу і дадатковы кантролер бытавой тэхнікі. Ініцыялізацыя тэрмінальных вузлоў ZigBee таксама ўключае ініцыялізацыю ўзроўню прыкладанняў, адкрыццё перапыненняў і ініцыялізацыю партоў уводу-вываду. Затым паспрабуйце далучыцца да сеткі ZigBee. Важна адзначыць, што да сеткі дазволена далучацца толькі канчатковым вузлам з наладамі каардынатара ZigBee. Калі тэрмінальнаму вузлу ZigBee не ўдаецца далучыцца да сеткі, ён будзе паўтараць спробы кожныя дзве секунды, пакуль паспяхова не далучыцца да сеткі. Пасля паспяховага далучэння да сеткі тэрмінальны вузел ZI-Gbee адпраўляе сваю рэгістрацыйную інфармацыю каардынатару ZigBee, які затым накіроўвае яе ў MCU цэнтра кіравання для завяршэння рэгістрацыі тэрмінальнага вузла ZigBee. Калі тэрмінальны вузел ZigBee з'яўляецца вузлом маніторынгу, ён можа рэалізаваць кантроль асвятлення і бяспекі. Праграма падобная на каардынатар ZigBee, за выключэннем таго, што вузлу маніторынгу трэба адпраўляць даныя каардынатару ZigBee, а затым каардынатар ZigBee адпраўляе даныя ў MCU цэнтра кіравання. Калі тэрмінальны вузел ZigBee з'яўляецца кантролерам электрычнага вентылятара, яму трэба толькі атрымліваць даныя верхняга камп'ютэра без загрузкі стану, таму яго кіраванне можа быць непасрэдна завершана пры перапыненні бесправаднога атрымання даных. Пры перапыненні атрымання бесправадных даных усе тэрмінальныя вузлы пераводзяць атрыманыя інструкцыі кіравання ў параметры кіравання самога вузла і не апрацоўваюць атрыманыя бесправадныя інструкцыі ў галоўнай праграме вузла.
4 Інтэрнэт-адладка
Інструкцыя па ўзрастанні для кода інструкцый стацыянарнага абсталявання, выдадзеная цэнтральнай сістэмай кіравання, адпраўляецца ў MCU цэнтра кіравання праз паслядоўны порт кампутара і каардынатару праз двухрадковы інтэрфейс, а затым на тэрмінал ZigBee вузел каардынатарам. Калі тэрмінальны вузел атрымлівае дадзеныя, яны зноў адпраўляюцца на ПК праз паслядоўны порт. На гэтым ПК дадзеныя, атрыманыя тэрмінальным вузлом ZigBee, параўноўваюцца з дадзенымі, якія адпраўляе цэнтр кіравання. Цэнтральная сістэма кіравання адпраўляе 2 інструкцыі кожную секунду. Пасля 5 гадзін тэставання праграмнае забеспячэнне для тэсціравання спыняецца, калі паказвае, што агульная колькасць атрыманых пакетаў складае 36 000 пакетаў. Вынікі тэставання праграмнага забеспячэння для тэсціравання перадачы даных па некалькіх пратаколах паказаны на малюнку 6. Колькасць правільных пакетаў роўная 36 000, колькасць няправільных пакетаў роўная 0, а ўзровень дакладнасці складае 100%.
Тэхналогія ZigBee выкарыстоўваецца для рэалізацыі ўнутранай сеткі разумнага дома, якая мае такія перавагі, як зручнае дыстанцыйнае кіраванне, гнуткае даданне новага абсталявання і надзейнае кіраванне. Тэхналогія RFTD выкарыстоўваецца для рэалізацыі ідэнтыфікацыі карыстальнікаў і павышэння бяспекі сістэмы. Праз доступ GSM-модуля рэалізуюцца функцыі дыстанцыйнага кіравання і сігналізацыі.
Час публікацыі: 6 студзеня 2022 г