O casă inteligentă este o platformă a casei, care utilizează tehnologia de cablare integrată, tehnologia de comunicații în rețea, tehnologia de securitate, tehnologia de control automat, tehnologia audio și video pentru a integra facilitățile legate de viața casnică, a planifica construirea unor facilități rezidențiale eficiente și a unui sistem de gestionare a afacerilor familiale, a îmbunătăți securitatea locuinței, confortul, stilul artistic și a realiza protecția mediului și economisirea energiei în mediul de viață. Pe baza celei mai recente definiții a casei inteligente, referindu-ne la caracteristicile tehnologiei ZigBee, designul acestui sistem, include elementele necesare pentru un sistem de casă inteligentă (sistem de control central inteligent pentru casă, sistem de control al iluminatului casnic, sisteme de securitate pentru casă), pe baza conectării sistemului de cablare al locuinței, sistemului de rețea casnică, sistemului de muzică de fundal și sistemului de control al mediului familial. Pe baza afirmației că există inteligența, toate sistemele necesare sunt instalate complet, iar sistemul casnic care instalează cel puțin un sistem opțional de un tip sau mai mare poate considera că există inteligență. Prin urmare, acest sistem poate fi numit casă inteligentă.
1. Schema de proiectare a sistemului
Sistemul este compus din dispozitive controlate și dispozitive de telecomandă în locuință. Printre acestea, dispozitivele controlate în familie includ în principal computerul care poate accesa internetul, centrul de control, nodul de monitorizare și controlerul electrocasnicelor care pot fi adăugate. Dispozitivele de telecomandă sunt compuse în principal din computere și telefoane mobile de la distanță.
Principalele funcții ale sistemului sunt: 1) navigarea pe prima pagină a paginii web, gestionarea informațiilor de fundal; 2) Realizarea controlului prin comutare al electrocasnicelor interioare, al securității și iluminatului prin internet și telefon mobil; 3) Prin intermediul modulului RFID, se realizează identificarea utilizatorului, astfel încât să se finalizeze comutarea stării de securitate interioară, în caz de furt prin intermediul unei alarme SMS către utilizator; 4) Prin intermediul software-ului sistemului central de management al controlului, se finalizează controlul local și afișarea stării iluminatului interior și a electrocasnicelor; 5) Stocarea informațiilor personale și stocarea stării echipamentelor interioare se realizează prin utilizarea bazei de date. Este convenabil pentru utilizatori să interogheze starea echipamentelor interioare prin intermediul sistemului central de control și management.
2. Proiectarea hardware-ului sistemului
Designul hardware al sistemului include designul centrului de control, al nodului de monitorizare și adăugarea opțională a controlerului pentru electrocasnice (luați ca exemplu controlerul ventilatorului electric).
2.1 Centrul de control
Principalele funcții ale centrului de control sunt următoarele: 1) Construirea unei rețele wireless ZigBee, adăugarea tuturor nodurilor de monitorizare la rețea și recepționarea noilor echipamente; 2) Identificarea utilizatorului, prin intermediul cardului de utilizator, pentru a realiza comutarea securității interioare a utilizatorului, fie acasă, fie în spatele acestuia; 3) Când un hoț intră în cameră, trimiterea unui mesaj scurt utilizatorului pentru a declanșa alarma. De asemenea, utilizatorii pot controla securitatea interioară, iluminatul și electrocasnicele prin mesaje scurte; 4) Când sistemul funcționează individual, ecranul LCD afișează starea curentă a sistemului, ceea ce este convenabil pentru utilizatori; 5) Stocarea stării echipamentelor electrice și trimiterea acesteia către PC pentru a realiza conectarea sistemului la rețea.
Hardware-ul suportă acces multiplu cu detectare a coliziunilor/detecție a coliziunilor (CSMA/CA). Tensiunea de funcționare de 2.0 ~ 3.6V asigură un consum redus de energie al sistemului. Configurați o rețea wireless ZigBee în stea în interior prin conectarea la modulul de coordonare ZigBee din centrul de control. Și toate nodurile de monitorizare, selectate pentru a adăuga controlerul electrocasnicelor ca nod terminal în rețea, se vor alătura rețelei, astfel încât să se realizeze controlul rețelei wireless ZigBee al securității interioare și al electrocasnicelor.
2.2 Noduri de monitorizare
Funcțiile nodului de monitorizare sunt următoarele: 1) detectarea semnalelor corpului uman, alarma sonoră și luminoasă atunci când hoții invadă; 2) controlul iluminatului, modul de control este împărțit în control automat și control manual, controlul automat pornește/oprește lumina automat în funcție de intensitatea luminii interioare, controlul manual al iluminatului se face prin sistemul central de control, (3) informațiile de alarmă și alte informații sunt trimise către centrul de control și primește comenzi de control de la centrul de control pentru a finaliza controlul echipamentului.
Modul de detectare a semnalelor prin infraroșu plus microunde este cea mai comună metodă de detectare a semnalelor corpului uman. Sonda piroelectrică cu infraroșu este RE200B, iar dispozitivul de amplificare este BISS0001. RE200B este alimentat de la o tensiune de 3-10 V și are încorporat un element piroelectric cu infraroșu cu sensibilitate dublă. Când elementul primește lumină infraroșie, efectul fotoelectric va apărea la polii fiecărui element, iar sarcina se va acumula. BISS0001 este un circuit integrat hibrid hibrid digital-analogic, compus dintr-un amplificator operațional, un comparator de tensiune, un controler de stare, un temporizator de întârziere și un temporizator de blocare. Împreună cu RE200B și câteva componente, se poate forma comutatorul piroelectric pasiv cu infraroșu. Modulul Ant-g100 a fost utilizat pentru senzorul de microunde, frecvența centrală a fost de 10 GHz, iar timpul maxim de stabilire a fost de 6 μs. În combinație cu modulul piroelectric cu infraroșu, rata de eroare a detectării țintei poate fi redusă eficient.
Modulul de control al luminii este compus în principal dintr-o rezistență fotosensibilă și un releu de control al luminii. Conectați rezistența fotosensibilă în serie cu rezistența reglabilă de 10 K ω, apoi conectați celălalt capăt al rezistenței fotosensibile la masă și conectați celălalt capăt al rezistenței reglabile la nivel înalt. Valoarea tensiunii celor două puncte de conectare a rezistenței este obținută prin intermediul convertorului analog-digital SCM pentru a determina dacă lumina este aprinsă. Rezistența reglabilă poate fi ajustată de utilizator pentru a se potrivi intensității luminii atunci când lumina este aprinsă. Întrerupătoarele de iluminat interior sunt controlate de relee. Se poate realiza un singur port de intrare/ieșire.
2.3 Selectați controlerul adăugat pentru aparatul electrocasnic
Alegeți să adăugați controlul aparatelor electrocasnice în principal în funcție de funcția dispozitivului pentru a realiza controlul dispozitivului, luând în considerare ventilatorul electric ca exemplu. Controlul ventilatorului este un centru de control care va fi trimis prin instrucțiuni de control al ventilatorului de pe PC către controlerul ventilatorului electric prin implementarea rețelei ZigBee; numerele de identificare ale diferitelor aparate sunt diferite. De exemplu, conform prevederilor acestui acord, numărul de identificare al ventilatorului este 122, iar numărul de identificare al televizorului color de uz casnic este 123, realizând astfel recunoașterea diferitelor centre de control al aparatelor electrocasnice. Pentru același cod de instrucțiuni, diferite aparate electrocasnice îndeplinesc funcții diferite. Figura 4 prezintă componența aparatelor electrocasnice selectate pentru adăugare.
3. Proiectarea software-ului de sistem
Proiectarea software-ului de sistem include în principal șase părți, și anume proiectarea paginii web pentru controlul de la distanță, proiectarea sistemului central de management al controlului, proiectarea programului controlerului principal al centrului de control ATMegal28, proiectarea programului coordonatorului CC2430, proiectarea programului nodului de monitorizare CC2430 și proiectarea programului de selectare și adăugare a dispozitivelor CC2430.
3.1 Proiectarea programului de coordonare ZigBee
Coordonatorul finalizează mai întâi inițializarea nivelului aplicației, setează starea nivelului aplicației și starea de recepție la inactivitate, apoi activează întreruperile globale și inițializează portul I/O. Coordonatorul începe apoi construirea unei rețele wireless în stea. În protocol, coordonatorul selectează automat banda de 2,4 GHz, numărul maxim de biți pe secundă este de 62 500, PANID-ul implicit este 0 × 1347, adâncimea maximă a stivei este de 5, numărul maxim de octeți per trimitere este de 93, iar rata baud a portului serial este de 57 600 biți/s. TIMER-ul SL0W generează 10 întreruperi pe secundă. După ce rețeaua ZigBee este stabilită cu succes, coordonatorul trimite adresa sa către MCU-ul centrului de control. Aici, MCU-ul centrului de control identifică Coordonatorul ZigBee ca membru al nodului de monitorizare, iar adresa sa identificată este 0. Programul intră în bucla principală. Mai întâi, se determină dacă există date noi trimise de nodul terminal, iar dacă există, datele sunt transmise direct către MCU-ul centrului de control; Se stabilește dacă MCU-ul centrului de control are instrucțiuni transmise, dacă da, se transmit instrucțiunile către nodul terminal ZigBee corespunzător; se evaluează dacă sistemul de securitate este deschis, dacă există un efracție, dacă da, se trimit informațiile de alarmă către MCU-ul centrului de control; se evaluează dacă lumina este în stare de control automat, dacă da, se pornește convertorul analog-digital pentru eșantionare, valoarea eșantionării fiind cheia pentru aprinderea sau stingerea luminii, dacă starea luminii se schimbă, informațiile despre noua stare sunt transmise către MC-U-ul centrului de control.
3.2 Programarea nodurilor terminale ZigBee
Nodul terminal ZigBee se referă la nodul ZigBee wireless controlat de coordonatorul ZigBee. În sistem, este în principal nodul de monitorizare și poate adăuga opțional un controler pentru electrocasnice. Inițializarea nodurilor terminale ZigBee include, de asemenea, inițializarea nivelului de aplicație, deschiderea întreruperilor și inițializarea porturilor I/O. Apoi, încercați să vă conectați la rețeaua ZigBee. Este important de reținut că numai nodurile terminale cu coordonator ZigBee configurat au voie să se conecteze la rețea. Dacă nodul terminal ZigBee nu reușește să se conecteze la rețea, va încerca din nou la fiecare două secunde până când se conectează cu succes la rețea. După conectarea cu succes la rețea, nodul terminal ZI-Gbee trimite informațiile sale de înregistrare către coordonatorul ZigBee, care le transmite apoi către MCU-ul centrului de control pentru a finaliza înregistrarea nodului terminal ZigBee. Dacă nodul terminal ZigBee este un nod de monitorizare, acesta poate realiza controlul iluminatului și al securității. Programul este similar cu coordonatorul ZigBee, cu excepția faptului că nodul de monitorizare trebuie să trimită date către coordonatorul ZigBee, iar apoi coordonatorul ZigBee trimite date către MCU-ul centrului de control. Dacă nodul terminal ZigBee este un controler de ventilator electric, acesta trebuie doar să primească datele de la computerul superior fără a încărca starea, astfel încât controlul său poate fi finalizat direct în cazul întreruperii recepției de date wireless. În cazul întreruperii recepției de date wireless, toate nodurile terminale traduc instrucțiunile de control primite în parametrii de control ai nodului însuși și nu procesează instrucțiunile wireless primite în programul principal al nodului.
4 Depanare online
Instrucțiunea crescătoare pentru codul de instrucțiuni al echipamentului fix, emisă de sistemul central de management al controlului, este trimisă către MCU-ul centrului de control prin portul serial al computerului, către coordonator prin interfața cu două linii și apoi către nodul terminal ZigBee de către coordonator. Când nodul terminal primește datele, acestea sunt trimise din nou către PC prin portul serial. Pe acest PC, datele primite de nodul terminal ZigBee sunt comparate cu datele trimise de centrul de control. Sistemul central de management al controlului trimite 2 instrucțiuni în fiecare secundă. După 5 ore de testare, software-ul de testare se oprește când arată că numărul total de pachete primite este de 36.000 de pachete. Rezultatele testelor software-ului de testare a transmisiei de date multi-protocol sunt prezentate în Figura 6. Numărul de pachete corecte este de 36.000, numărul de pachete greșite este 0, iar rata de precizie este de 100%.
Tehnologia ZigBee este utilizată pentru a realiza conectarea în rețea a unei case inteligente, având avantajele unui control de la distanță convenabil, adăugării flexibile de noi echipamente și performanței de control fiabile. Tehnologia RFTD este utilizată pentru a realiza identificarea utilizatorilor și a îmbunătăți securitatea sistemului. Prin accesul la modulul GSM, se realizează funcțiile de control de la distanță și de alarmă.
Data publicării: 06 ian. 2022