Pametni dom je hiša kot platforma, ki uporablja integrirano tehnologijo ožičenja, omrežno komunikacijsko tehnologijo, varnostno tehnologijo, tehnologijo avtomatskega krmiljenja, avdio in video tehnologijo za integracijo objektov, povezanih z življenjem v gospodinjstvu, načrtuje izgradnjo učinkovitih stanovanjskih objektov in sistema za upravljanje družinskih zadev, izboljšuje varnost doma, udobje, udobje, umetnost ter uresničuje varstvo okolja in energetsko varčno bivalno okolje. Na podlagi najnovejše definicije pametnega doma se sklicujemo na značilnosti tehnologije ZigBee in zasnovo tega sistema, ki vključuje potrebne elemente sistema pametnega doma (sistem za nadzor pametnega doma (centralni), sistem za nadzor razsvetljave v gospodinjstvu, sistem za domačo varnost), ki temelji na povezavi sistema ožičenja v gospodinjstvu, sistema domačega omrežja, sistema za glasbo v ozadju in sistema za nadzor družinskega okolja. Na podlagi trditve, da živimo v inteligenci, je treba namestiti vse potrebne sisteme, gospodinjski sistem, ki ima nameščen vsaj en ali več opcijskih sistemov, pa lahko prikliče inteligenco v svoje življenje. Zato lahko ta sistem imenujemo inteligentni dom.
1. Shema načrtovanja sistema
Sistem je sestavljen iz nadzorovanih naprav in naprav za daljinsko upravljanje v domu. Med njimi so nadzorovane naprave v družini predvsem računalnik, ki ima dostop do interneta, nadzorni center, nadzorno vozlišče in krmilnik gospodinjskih aparatov, ki ga je mogoče dodati. Naprave za daljinsko upravljanje so sestavljene predvsem iz oddaljenih računalnikov in mobilnih telefonov.
Glavne funkcije sistema so: 1) brskanje po spletni strani na naslovnici in upravljanje informacij v ozadju; 2) upravljanje notranjih gospodinjskih aparatov, varnosti in razsvetljave prek interneta in mobilnega telefona; 3) identifikacija uporabnika z modulom RFID za preklop stanja notranje varnosti v primeru kraje prek SMS alarma uporabniku; 4) lokalni nadzor in prikaz stanja notranje razsvetljave in gospodinjskih aparatov prek programske opreme centralnega nadzornega sistema; 5) shranjevanje osebnih podatkov in stanja notranje opreme se izvede z uporabo baze podatkov. Uporabniki lahko prek centralnega nadzornega sistema preverijo stanje notranje opreme.
2. Zasnova strojne opreme sistema
Strojna zasnova sistema vključuje zasnovo nadzornega centra, nadzornega vozlišča in opcijsko dodajanje krmilnika gospodinjskih aparatov (vzemimo za primer krmilnik električnega ventilatorja).
2.1 Nadzorni center
Glavne funkcije nadzornega centra so naslednje: 1) Izgradnja brezžičnega omrežja ZigBee, dodajanje vseh nadzornih vozlišč v omrežje in sprejem nove opreme; 2) identifikacija uporabnika, uporabnika doma ali nazaj prek uporabniške kartice za dosego notranjega varnostnega stikala; 3) Ko vlomilec vdre v prostor, pošlje uporabniku kratko sporočilo za alarm. Uporabniki lahko s kratkimi sporočili upravljajo tudi notranjo varnost, razsvetljavo in gospodinjske aparate; 4) Ko sistem deluje samostojno, LCD prikazuje trenutno stanje sistema, kar je uporabnikom priročno za ogled; 5) Shranjevanje stanja električne opreme in pošiljanje le-tega na računalnik za vzpostavitev spleta s sistemom.
Strojna oprema podpira večkratni dostop/zaznavanje trkov s senzorjem nosilca (CSMA/CA). Delovna napetost 2,0 ~ 3,6 V omogoča nizko porabo energije sistema. V zaprtih prostorih lahko vzpostavite brezžično zvezdasto omrežje ZigBee tako, da se povežete s koordinatorskim modulom ZigBee v nadzornem centru. Vsa nadzorna vozlišča, izbrana za dodajanje krmilnika gospodinjskih aparatov kot terminalnega vozlišča v omrežju, se pridružijo omrežju in tako dosežejo brezžični nadzor notranje varnosti in gospodinjskih aparatov prek omrežja ZigBee.
2.2 Spremljevalna vozlišča
Funkcije nadzornega vozlišča so naslednje: 1) zaznavanje signalov človeškega telesa, zvočni in svetlobni alarm ob vdoru tatova; 2) krmiljenje razsvetljave. Način krmiljenja je razdeljen na avtomatsko in ročno krmiljenje. Samodejno krmiljenje pomeni samodejni vklop/izklop luči glede na moč notranje svetlobe. Ročno krmiljenje razsvetljave poteka prek centralnega nadzornega sistema. (3) informacije o alarmu in druge informacije se pošiljajo v nadzorni center in prejemajo kontrolne ukaze iz nadzornega centra za dokončanje krmiljenja opreme.
Način zaznavanja infrardečega in mikrovalovnega sevanja je najpogostejši način zaznavanja signalov človeškega telesa. Piroelektrična infrardeča sonda je RE200B, ojačevalna naprava pa BISS0001. RE200B se napaja z napetostjo 3–10 V in ima vgrajen piroelektrični dvojno občutljiv infrardeči element. Ko element prejme infrardečo svetlobo, se na polih vsakega elementa pojavi fotoelektrični učinek in naboj se kopiči. BISS0001 je digitalno-analogni hibridni integrirani vezje, sestavljen iz operacijskega ojačevalnika, primerjalnika napetosti, krmilnika stanja, časovnika zakasnitve in časovnika blokade. Skupaj z RE200B in nekaj komponentami je mogoče tvoriti pasivno piroelektrično infrardeče stikalo. Za mikrovalovni senzor je bil uporabljen modul Ant-g100, osrednja frekvenca je bila 10 GHz, najdaljši čas vzpostavitve pa 6 μs. V kombinaciji s piroelektričnim infrardečim modulom je mogoče učinkovito zmanjšati stopnjo napak pri zaznavanju cilja.
Modul za krmiljenje svetlobe je sestavljen predvsem iz fotosenzitivnega upora in releja za krmiljenje svetlobe. Fotosenzitivni upor se zaporedno poveže z nastavljivim uporom 10 K ω, nato pa se drugi konec fotosenzitivnega upora priključi na ozemljitev, drugi konec nastavljivega upora pa na visokonivojski nivo. Vrednost napetosti na obeh priključnih točkah upora se pridobi z analogno-digitalnim pretvornikom SCM, da se ugotovi, ali trenutna luč sveti. Nastavljiv upor lahko uporabnik prilagodi jakosti svetlobe, ko je luč vklopljena. Stikala za notranjo razsvetljavo krmilijo releji. Doseči je mogoče le en vhodno/izhodni priključek.
2.3 Izberite dodani krmilnik gospodinjskih aparatov
Izberite dodajanje upravljanja gospodinjskih aparatov predvsem glede na funkcijo naprave za doseganje upravljanja naprave, tukaj na primer električni ventilator. Upravljanje ventilatorja je nadzorni center, ki bo ukaze za upravljanje ventilatorja računalnika poslal krmilniku električnega ventilatorja prek implementacije omrežja ZigBee, identifikacijske številke različnih aparatov pa se razlikujejo, na primer, identifikacijska številka ventilatorja v določbah tega sporazuma je 122, identifikacijska številka domačega barvnega televizorja pa je 123, s čimer se doseže prepoznavanje različnih nadzornih centrov električnih gospodinjskih aparatov. Z isto kodo ukaza različni gospodinjski aparati opravljajo različne funkcije. Slika 4 prikazuje sestavo gospodinjskih aparatov, izbranih za dodajanje.
3. Zasnova sistemske programske opreme
Zasnova sistemske programske opreme vključuje predvsem šest delov, in sicer zasnovo spletne strani za daljinsko upravljanje, zasnovo centralnega sistema za upravljanje, zasnovo programa ATMegal28 za glavni krmilnik nadzornega centra, zasnovo programa za koordinatorja CC2430, zasnovo programa za nadzorno vozlišče CC2430 in zasnovo programa za izbiro in dodajanje naprav CC2430.
3.1 Zasnova programa ZigBee Coordinator
Koordinator najprej zaključi inicializacijo aplikacijske plasti, nastavi stanje aplikacijske plasti in stanje sprejema na mirovanje, nato vklopi globalne prekinitve in inicializira vhodno/izhodna vrata. Nato začne graditi brezžično zvezdasto omrežje. V protokolu koordinator samodejno izbere pas 2,4 GHz, največje število bitov na sekundo je 62 500, privzeti PANID je 0 × 1347, največja globina sklada je 5, največje število bajtov na pošiljanje je 93, hitrost prenosa serijskih vrat pa je 57 600 bit/s. ČASOVNIK SL0W generira 10 prekinitev na sekundo. Ko je omrežje ZigBee uspešno vzpostavljeno, koordinator pošlje svoj naslov v MCU nadzornega centra. Tukaj MCU nadzornega centra identificira koordinatorja ZigBee kot člana nadzornega vozlišča, njegov identificirani naslov pa je 0. Program vstopi v glavno zanko. Najprej ugotovi, ali terminalno vozlišče pošilja nove podatke, in če jih, se podatki neposredno prenesejo v MCU nadzornega centra; Ugotovite, ali je mikrokontroler nadzornega centra poslal navodila, in če je tako, pošljite navodila ustreznemu terminalu ZigBee; ocenite, ali je varnostni sistem odprt, ali je prisoten vlom, in če je tako, pošljite informacije o alarmu mikrokontrolerju nadzornega centra; ocenite, ali je luč v stanju samodejnega krmiljenja, in če je tako, vklopite analogno-digitalni pretvornik za vzorčenje. Vrednost vzorčenja je ključna za vklop ali izklop luči. Če se stanje luči spremeni, se nove informacije o stanju posredujejo nadzornemu centru MC-U.
3.2 Programiranje terminalskih vozlišč ZigBee
Terminalsko vozlišče ZigBee se nanaša na brezžično vozlišče ZigBee, ki ga krmili koordinator ZigBee. V sistemu deluje predvsem kot nadzorno vozlišče in opcijsko kot krmilnik gospodinjskih aparatov. Inicializacija terminalnih vozlišč ZigBee vključuje tudi inicializacijo aplikacijske plasti, odpiranje prekinitev in inicializacijo vhodno/izhodnih vrat. Nato poskusite s pridružitvijo omrežju ZigBee. Pomembno je omeniti, da se omrežju lahko pridružijo le končna vozlišča z nastavljenim koordinatorjem ZigBee. Če se terminalno vozlišče ZigBee ne more pridružiti omrežju, bo poskušalo vsaki dve sekundi znova, dokler se uspešno ne pridruži omrežju. Po uspešni pridružitvi omrežju terminalno vozlišče ZI-Gbee pošlje svoje registracijske podatke koordinatorju ZigBee, ki jih nato posreduje v MCU nadzornega centra za dokončanje registracije terminalnega vozlišča ZigBee. Če je terminalno vozlišče ZigBee nadzorno vozlišče, lahko izvaja nadzor razsvetljave in varnosti. Program je podoben koordinatorju ZigBee, le da mora nadzorno vozlišče poslati podatke koordinatorju ZigBee, nato pa koordinator ZigBee pošlje podatke v mikrokontroler nadzornega centra. Če je terminalno vozlišče ZigBee krmilnik električnega ventilatorja, mora le prejeti podatke zgornjega računalnika, ne da bi naložil stanje, tako da se lahko njegovo krmiljenje izvede neposredno ob prekinitvi brezžičnega sprejemanja podatkov. Pri prekinitvi brezžičnega sprejemanja podatkov vsa terminalna vozlišča prevedejo prejeta krmilna navodila v krmilne parametre samega vozlišča in ne obdelujejo prejetih brezžičnih navodil v glavnem programu vozlišča.
4 Spletno odpravljanje napak
Naraščajoči ukaz za kodo ukazov fiksne opreme, ki ga izda centralni sistem za upravljanje krmiljenja, se prek serijskih vrat računalnika pošlje v mikrokontroler nadzornega centra, prek dvovrstičnega vmesnika pa koordinatorju, nato pa koordinator v terminalsko vozlišče ZigBee. Ko terminalsko vozlišče prejme podatke, se ti prek serijskih vrat ponovno pošljejo v računalnik. Na tem računalniku se podatki, ki jih prejme terminalsko vozlišče ZigBee, primerjajo s podatki, ki jih pošlje nadzorni center. Centralni sistem za upravljanje krmiljenja vsako sekundo pošlje 2 ukaza. Po 5 urah testiranja se programska oprema za testiranje ustavi, ko pokaže, da je skupno število prejetih paketov 36.000. Rezultati testiranja programske opreme za testiranje prenosa podatkov z več protokoli so prikazani na sliki 6. Število pravilnih paketov je 36.000, število napačnih paketov je 0, stopnja natančnosti pa je 100 %.
Tehnologija ZigBee se uporablja za uresničitev notranjega omrežja pametnega doma, kar ima prednosti priročnega daljinskega upravljanja, prilagodljivega dodajanja nove opreme in zanesljivega delovanja upravljanja. Tehnologija RFTD se uporablja za identifikacijo uporabnika in izboljšanje varnosti sistema. Prek dostopa do modula GSM se uresničijo funkcije daljinskega upravljanja in alarma.
Čas objave: 6. januar 2022