Разумны дом — гэта дом як платформа, якая выкарыстоўвае інтэграваныя тэхналогіі праводкі, тэхналогіі сеткавай сувязі, тэхналогіі бяспекі, тэхналогіі аўтаматычнага кіравання, аўдыё- і відэатэхналогіі для інтэграцыі аб'ектаў, звязаных з хатнім жыццём, планавання стварэння эфектыўных жылых аб'ектаў і сістэм кіравання сямейнымі справамі, паляпшэння бяспекі дома, зручнасці, камфорту, мастацтва, а таксама рэалізацыі аховы навакольнага асяроддзя і энергазберажэння асяроддзя пражывання. Зыходзячы з найноўшага вызначэння разумнага дома, звярніцеся да характарыстык тэхналогіі ZigBee, праектавання гэтай сістэмы, неабходнае, якое ўключае сістэму разумнага дома (сістэма кіравання разумным домам (цэнтральная), сістэма кіравання хатнім асвятленнем, сістэмы хатняй бяспекі), на аснове аб'яднанай сістэмы хатняй праводкі, сістэмы хатняй сеткі, сістэмы фонавай музыкі і сістэмы кіравання сямейным асяроддзем. Зыходзячы з таго, што жыццё ў інтэлекце, усталёўваецца толькі ўся неабходная сістэма цалкам, і хатняя сістэма, якая мае ўсталяваную дадатковую сістэму аднаго або больш тыпаў, можа выклікаць інтэлект у жыцці. 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 сям'і ў асноўным ўключаюць камп'ютар з доступам да Інтэрнэту, цэнтр кіравання, вузел маніторынгу і кантролер бытавой тэхнікі, які можна дадаць. Прылады дыстанцыйнага кіравання ў асноўным складаюцца з аддаленых камп'ютараў і мабільных тэлефонаў.
Асноўныя функцыі сістэмы: 1) прагляд галоўнай вэб-старонкі, кіраванне фонавай інфармацыяй; 2) кіраванне перамыкачамі бытавой тэхнікі, бяспекі і асвятлення ў памяшканні праз Інтэрнэт і мабільны тэлефон; 3) ідэнтыфікацыя карыстальніка з дапамогай модуля RFID для пераключэння стану бяспекі ў памяшканні ў выпадку крадзяжу з дапамогай SMS-сігналу; 4) лакальнае кіраванне і адлюстраванне стану ўнутранага асвятлення і бытавой тэхнікі з дапамогай праграмнага забеспячэння цэнтралізаванай сістэмы кіравання; 5) захоўванне персанальнай інфармацыі і стану ўнутранага абсталявання ажыццяўляецца з дапамогай базы дадзеных. Карыстальнікам зручна запытваць стан унутранага абсталявання праз цэнтралізаваную сістэму кіравання.
2. Праектаванне апаратнага забеспячэння сістэмы
Апаратнае забеспячэнне сістэмы ўключае ў сябе праект цэнтра кіравання, вузла маніторынгу і дадатковае даданне кантролера бытавой тэхнікі (прыкладам можа служыць кантролер электрычнага вентылятара).
2.1 Цэнтр кіравання
Асноўныя функцыі цэнтра кіравання наступныя: 1) Пабудова бесправадной сеткі ZigBee, даданне ўсіх вузлоў маніторынгу да сеткі і рэалізацыя прыёму новага абсталявання; 2) Ідэнтыфікацыя карыстальніка, карыстальніка дома або назад праз карту карыстальніка для ўключэння ўнутранай бяспекі; 3) Калі злодзей пранікае ў пакой, адпраўка кароткага паведамлення карыстальніку для сігналізацыі. Карыстальнікі таксама могуць кіраваць унутранай бяспекай, асвятленнем і бытавой тэхнікай з дапамогай кароткіх паведамленняў; 4) Калі сістэма працуе аўтаномна, на ВК-дысплеі адлюстроўваецца бягучы стан сістэмы, што зручна для прагляду карыстальнікамі; 5) Захоўванне стану электраабсталявання і адпраўка яго на ПК для рэалізацыі сістэмы ў рэжыме анлайн.
Апаратнае забеспячэнне падтрымлівае множны доступ/выяўленне сутыкненняў з выкарыстаннем адсочвання носьбіта (CSMA/CA). Працоўнае напружанне 2,0 ~ 3,6 В спрыяе нізкаму энергаспажыванню сістэмы. Наладзьце бесправадную зоркападобную сетку ZigBee ў памяшканні, падключыўшыся да модуля каардынатара ZigBee ў цэнтры кіравання. А ўсе вузлы маніторынгу, выбраныя для дадання кантролера бытавой тэхнікі ў якасці тэрмінальнага вузла ў сетцы, падключаюцца да сеткі, каб рэалізаваць бесправадное кіраванне сеткай ZigBee бяспекай памяшканняў і бытавой тэхнікай.
2.2 Вузлы маніторынгу
Функцыі вузла маніторынгу наступныя: 1) выяўленне сігналаў ад цела чалавека, гукавая і светлавая сігналізацыя пры ўварванні злодзеяў; 2) кіраванне асвятленнем, рэжым кіравання падзелены на аўтаматычнае і ручное кіраванне, аўтаматычнае кіраванне - гэта аўтаматычнае ўключэнне/выключэнне святла ў залежнасці ад сілы ўнутранага асвятлення, ручное кіраванне асвятленнем ажыццяўляецца праз цэнтральную сістэму кіравання, (3) інфармацыя аб сігналізацыі і іншая інфармацыя адпраўляецца ў цэнтр кіравання і атрымлівае каманды кіравання з цэнтра кіравання для кіравання абсталяваннем.
Рэжым выяўлення інфрачырвонага і мікрахвалевага выпраменьвання з'яўляецца найбольш распаўсюджаным спосабам выяўлення сігналаў ад цела чалавека. Піраэлектрычны інфрачырвоны зонд - RE200B, а прылада ўзмацнення - BISS0001. RE200B сілкуецца ад напружання 3-10 В і мае ўбудаваны піраэлектрычны падвойны інфрачырвоны элемент. Калі элемент атрымлівае інфрачырвонае святло, на полюсах кожнага элемента ўзнікае фотаэфект, і зарад назапашваецца. BISS0001 - гэта лічбава-аналагавая гібрыдная інтэгральная схема, якая складаецца з аперацыйнага ўзмацняльніка, кампаратара напружання, кантролера стану, таймера затрымкі і таймера блакавання. Разам з RE200B і некалькімі кампанентамі можна стварыць пасіўны піраэлектрычны інфрачырвоны перамыкач. У якасці мікрахвалевага датчыка выкарыстоўваўся модуль Ant-g100, цэнтральная частата складала 10 ГГц, а максімальны час усталявання - 6 мкс. У спалучэнні з піраэлектрычным інфрачырвоным модулем можна эфектыўна знізіць частату памылак выяўлення цэлі.
Модуль кіравання асвятленнем у асноўным складаецца з фотаадчувальнага рэзістара і рэле кіравання асвятленнем. Фотаадчувальны рэзістар трэба падключыць паслядоўна да рэгуляванага рэзістара 10 K ω, затым падключыць другі канец фотаадчувальнага рэзістара да зямлі, а другі канец рэгуляванага рэзістара — да высокага ўзроўню. Значэнне напружання ў дзвюх кропках падключэння супраціўлення атрымліваецца з дапамогай аналага-лічбавага пераўтваральніка SCM, каб вызначыць, ці ўключана бягучая лямпа. Карыстальнік можа рэгуляваць супраціўленне ў адпаведнасці з інтэнсіўнасцю асвятлення, калі лямпа толькі ўключана. Выключальнікі ўнутранага асвятлення кіруюцца рэле. Можна рэалізаваць толькі адзін порт уводу/вываду.
2.3 Выберыце дададзены кантролер бытавой тэхнікі
Выбар кіравання бытавой тэхнікай у асноўным залежыць ад функцыі прылады, напрыклад, ад кіравання электрычным вентылятарам. Кіраванне вентылятарам адбываецца праз сетку ZigBee, якая адпраўляе інструкцыі з ПК на кантролер электрычнага вентылятара. Розныя прыборы маюць розныя ідэнтыфікацыйныя нумары, напрыклад, у адпаведнасці з палажэннямі гэтага пагаднення ідэнтыфікацыйны нумар вентылятара — 122, а ідэнтыфікацыйны нумар каляровага тэлевізара — 123. Такім чынам, розныя бытавыя прыборы могуць распазнавацца ў цэнтры кіравання. Пры адным і тым жа кодзе інструкцыі розныя бытавыя прыборы выконваюць розныя функцыі. На малюнку 4 паказаны склад абраных для дадання бытавых прыбораў.
3. Распрацоўка сістэмнага праграмнага забеспячэння
Праектаванне сістэмнага праграмнага забеспячэння ў асноўным складаецца з шасці частак, а менавіта: дызайн вэб-старонкі дыстанцыйнага кіравання, дызайн цэнтралізаванай сістэмы кіравання, дызайн праграмы галоўнага кантролера цэнтра кіравання ATMegal28, дызайн праграмы каардынатара CC2430, дызайн праграмы вузла маніторынгу CC2430 і дызайн праграмы выбару дадання прылады CC2430.
3.1 Распрацоўка праграмы каардынатара ZigBee
Спачатку каардынатар 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 зоркападобную сетку. У пратаколе каардынатар аўтаматычна выбірае дыяпазон 2,4 ГГц, максімальная колькасць біт у секунду — 62 500, PANID па змаўчанні — 0×1347, максімальная глыбіня стэка — 5, максімальная колькасць байтаў на адпраўку — 93, а хуткасць перадачы паслядоўнага порта — 57 600 біт/с. Таймер SL0W генеруе 10 перапыненняў у секунду. Пасля паспяховага ўсталявання сеткі ZigBee каардынатар адпраўляе свой адрас у мікракантролер цэнтра кіравання. Тут мікракантролер цэнтра кіравання ідэнтыфікуе каардынатар ZigBee як члена вузла маніторынгу, і яго ідэнтыфікаваны адрас роўны 0. Праграма ўваходзіць у асноўны цыкл. Спачатку вызначаецца, ці ёсць новыя дадзеныя, адпраўленыя тэрмінальным вузлом, калі ёсць, дадзеныя перадаюцца непасрэдна ў мікракантролер цэнтра кіравання; Вызначыць, ці ёсць інструкцыі, адпраўленыя ў MCU цэнтра кіравання, калі так, адправіць інструкцыі на адпаведны тэрмінальны вузел ZigBee; вызначыць, ці адкрыта ахова, ці ёсць узломшчык, калі так, адправіць інфармацыю аб трывозе ў MCU цэнтра кіравання; вызначыць, ці знаходзіцца святло ў аўтаматычным рэжыме кіравання, калі так, уключыць аналага-лічбавы пераўтваральнік для выбаркі, значэнне выбаркі з'яўляецца ключом да ўключэння або выключэння святла, калі стан святла змяняецца, інфармацыя аб новым стане перадаецца ў MC-U цэнтра кіравання.
3.2 Праграмаванне тэрмінальнага вузла ZigBee
Тэрмінальны вузел ZigBee адносіцца да бесправаднога вузла ZigBee, якім кіруе каардынатар ZigBee. У сістэме ён у асноўным выконвае функцыі маніторынгу і, па жаданні, можа быць дададзены кантролер бытавой тэхнікі. Ініцыялізацыя тэрмінальных вузлоў ZigBee таксама ўключае ініцыялізацыю прыкладнога ўзроўню, адкрыццё перапыненняў і ініцыялізацыю партоў уводу/вываду. Затым трэба паспрабаваць далучыцца да сеткі ZigBee. Важна адзначыць, што да сеткі могуць далучацца толькі канцавыя вузлы з наладжаным каардынатарам ZigBee. Калі тэрмінальны вузел ZigBee не зможа далучыцца да сеткі, ён будзе спрабаваць 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 перасылае яе ў мікракантролер цэнтра кіравання для завяршэння рэгістрацыі тэрмінальнага вузла ZigBee. Калі тэрмінальны вузел ZigBee з'яўляецца вузлом маніторынгу, ён можа кіраваць асвятленнем і бяспекай. Праграма падобная да каардынатара ZigBee, за выключэннем таго, што вузел маніторынгу павінен адпраўляць дадзеныя каардынатару ZigBee, а затым каардынатар ZigBee адпраўляе дадзеныя ў мікракантролер цэнтра кіравання. Калі тэрмінальны вузел ZigBee з'яўляецца кантролерам электрычнага вентылятара, яму трэба толькі атрымліваць дадзеныя ад верхняга кампутара без загрузкі стану, таму яго кіраванне можа быць непасрэдна выканана пры перапыненні бесправаднога прыёму дадзеных. Пры перапыненні бесправаднога прыёму дадзеных усе тэрмінальныя вузлы пераўтвараюць атрыманыя кіруючыя інструкцыі ў параметры кіравання самога вузла і не апрацоўваюць атрыманыя бесправадныя інструкцыі ў асноўнай праграме вузла.
4 Адладка ў рэжыме анлайн
Нарастаючая інструкцыя для кода інструкцыі стацыянарнага абсталявання, выдадзеная цэнтральнай сістэмай кіравання, адпраўляецца ў мікракантролер цэнтра кіравання праз паслядоўны порт кампутара, затым да каардынатара праз двухлінейны інтэрфейс, а затым каардынатарам на тэрмінальны вузел ZigBee. Калі тэрмінальны вузел атрымлівае дадзеныя, яны зноў адпраўляюцца на ПК праз паслядоўны порт. На гэтым ПК дадзеныя, атрыманыя тэрмінальным вузлом ZigBee, параўноўваюцца з дадзенымі, адпраўленымі цэнтрам кіравання. Цэнтральная сістэма кіравання адпраўляе 2 інструкцыі кожную секунду. Пасля 5 гадзін тэставання праграмнае забеспячэнне для тэставання спыняецца, калі паказвае, што агульная колькасць атрыманых пакетаў складае 36 000 пакетаў. Вынікі тэставання праграмнага забеспячэння для тэставання перадачы дадзеных па некалькіх пратаколах паказаны на малюнку 6. Колькасць правільных пакетаў складае 36 000, колькасць няправільных пакетаў - 0, а дакладнасць - 100%.
Тэхналогія ZigBee выкарыстоўваецца для рэалізацыі ўнутранай сеткі разумнага дома, якая мае перавагі зручнага дыстанцыйнага кіравання, гнуткага дадання новага абсталявання і надзейнай працы кіравання. Тэхналогія RFTD выкарыстоўваецца для ідэнтыфікацыі карыстальніка і павышэння бяспекі сістэмы. Дзякуючы доступу да модуля GSM рэалізуюцца функцыі дыстанцыйнага кіравання і сігналізацыі.
Час публікацыі: 06 студзеня 2022 г.