Az okosotthon egy olyan ház, mint platform, amely integrált vezetékezési technológiát, hálózati kommunikációs technológiát, biztonsági technológiát, automatikus vezérlőtechnológiát, audio- és videotechnológiát használ a háztartási élettel kapcsolatos létesítmények integrálására, hatékony lakóépületek és családi ügyek irányítási rendszerének kiépítésére, az otthoni biztonság, a kényelem, a komfort és a művészi megjelenés javítására, valamint a környezetvédelem és az energiatakarékos lakókörnyezet megvalósítására. Az okosotthon legújabb definíciója alapján a ZigBee technológia jellemzőire hivatkozva, ennek a rendszernek a tervezése magában foglalja az okosotthon rendszert (okosotthon (központi) vezérlőrendszer, háztartási világításvezérlő rendszer, otthoni biztonsági rendszerek), amely összekapcsolja a háztartási vezetékezési rendszert, az otthoni hálózati rendszert, a háttérzenei rendszert és a családi környezet vezérlőrendszerét. Az intelligencián alapuló rendszer magában foglalja az összes szükséges rendszer teljes körű telepítését, és az olyan háztartási rendszereket, amelyek legalább egy opcionális rendszert telepítettek, intelligenciának nevezhetjük. Ezért ezt a rendszert intelligens otthonnak nevezhetjük.
1. Rendszertervezési terv
A rendszer otthoni vezérelt eszközökből és távirányító eszközökből áll. Ezek közé tartoznak főként az internetre hozzáférő számítógépek, a vezérlőközpont, a felügyeleti csomópont és a hozzáadható háztartási készülékek vezérlői. A távirányító eszközök főként távoli számítógépekből és mobiltelefonokból állnak.
A rendszer fő funkciói: 1) a weboldal kezdőlapjának böngészése, háttérinformációk kezelése; 2) beltéri háztartási gépek, biztonságtechnikai és világítási rendszerek kapcsolóvezérlése interneten és mobiltelefonon keresztül; 3) felhasználóazonosítás RFID modulon keresztül, beltéri biztonsági állapotkapcsolóval, lopás esetén SMS riasztással a felhasználónak; 4) beltéri világítás és háztartási gépek helyi vezérlése és állapotkijelzése központi vezérlőrendszer szoftveren keresztül; 5) személyes adatok és beltéri berendezések állapotának tárolása adatbázis segítségével. A felhasználók kényelmesen lekérdezhetik a beltéri berendezések állapotát a központi vezérlő- és kezelőrendszeren keresztül.
2. Rendszer hardvertervezése
A rendszer hardvertervezése magában foglalja a vezérlőközpont, a felügyeleti csomópont és a háztartási gépek vezérlőjének opcionális hozzáadását (példaként vegyük az elektromos ventilátor vezérlőjét).
2.1 Az irányítóközpont
A vezérlőközpont főbb funkciói a következők: 1) Vezeték nélküli ZigBee hálózat kiépítése, az összes felügyeleti csomópont hozzáadása a hálózathoz, és új berendezések vételének megvalósítása; 2) Felhasználó azonosítása, otthoni vagy otthoni felhasználó azonosítása felhasználói kártyával a beltéri biztonsági kapcsoló eléréséhez; 3) Betörő behatolása esetén rövid üzenet küldése a felhasználónak riasztáshoz. A felhasználók rövid üzenetekkel vezérelhetik a beltéri biztonsági rendszert, a világítást és a háztartási gépeket is; 4) Amikor a rendszer önállóan működik, az LCD kijelzőn megjelenik a rendszer aktuális állapota, amely a felhasználók számára kényelmesen megtekinthető; 5) Az elektromos berendezések állapotának tárolása és PC-re küldése a rendszer online megvalósításához.
A hardver támogatja a Carrier sense többszörös hozzáférést/ütközéseztetést (CSMA/CA). A 2,0 ~ 3,6 V üzemi feszültség a rendszer alacsony energiafogyasztását segíti elő. Hozzon létre egy vezeték nélküli ZigBee csillaghálózatot beltérben a vezérlőközpontban található ZigBee koordinátor modulhoz való csatlakozással. És az összes kiválasztott felügyeleti csomópont hozzáadásával, mint a hálózat terminálcsomópontjával, csatlakozzon a hálózathoz, így megvalósítható a beltéri biztonsági és háztartási gépek vezeték nélküli ZigBee hálózati vezérlése.
2.2 Megfigyelő csomópontok
A felügyeleti csomópont funkciói a következők: 1) emberi testjel érzékelése, hang- és fényjelzés tolvajok behatolása esetén; 2) világításvezérlés, a vezérlési mód automatikus vezérlésre és kézi vezérlésre oszlik, az automatikus vezérlés a beltéri fény erősségének megfelelően automatikusan be-/kikapcsolja a lámpát, a kézi vezérlésű világításvezérlés a központi vezérlőrendszeren keresztül történik, (3) a riasztási információk és egyéb információk a vezérlőközpontba kerülnek, és vezérlőparancsokat fogadnak a vezérlőközponttól a berendezés vezérlésének befejezéséhez.
Az infravörös és mikrohullámú detektálási mód a leggyakoribb módszer az emberi testjelek detektálására. A piroelektromos infravörös szonda az RE200B, az erősítőeszköz pedig a BISS0001. Az RE200B 3-10 V feszültséggel működik, és beépített piroelektromos, kettős érzékenységű infravörös elemmel rendelkezik. Amikor az elem infravörös fényt kap, fotoelektromos hatás lép fel az egyes elemek pólusain, és a töltés felhalmozódik. A BISS0001 egy digitális-analóg hibrid ASIC, amely műveleti erősítőből, feszültségkomparátorból, állapotvezérlőből, késleltetési időzítőből és blokkolási időzítőből áll. Az RE200B-vel és néhány alkatrésszel együtt kialakítható a passzív piroelektromos infravörös kapcsoló. A mikrohullámú érzékelőhöz az Ant-g100 modult használták, a középfrekvencia 10 GHz, a maximális beállítási idő pedig 6 μs volt. A piroelektromos infravörös modullal kombinálva a célpontdetektálás hibaaránya hatékonyan csökkenthető.
A világításvezérlő modul főként fényérzékeny ellenállásból és fényvezérlő reléből áll. Kösd sorba a fényérzékeny ellenállást egy 10 K ω állítható ellenállással, majd kösd a fényérzékeny ellenállás másik végét a földhöz, és kösd a szabályozható ellenállás másik végét a magas szintre. A két ellenállás csatlakozási pont feszültségértékét az SCM analóg-digitális átalakítón keresztül kapod meg, hogy megállapítsd, hogy az aktuális lámpa világít-e. Az állítható ellenállást a felhasználó állíthatja be a fényerősségnek megfelelően, amikor a lámpa éppen fel van kapcsolva. A beltéri világításkapcsolókat relék vezérlik. Csak egy bemeneti/kimeneti port érhető el.
2.3 Válassza ki a hozzáadott háztartási készülék vezérlőjét
A háztartási készülékek vezérlésének hozzáadását elsősorban az eszköz funkciója alapján kell elvégezni, itt példaként egy elektromos ventilátort használva. A ventilátorvezérlés olyan vezérlőközpont, amely a PC ventilátorvezérlési utasításait küldi az elektromos ventilátorvezérlőnek ZigBee hálózaton keresztül. A különböző készülékek azonosító száma eltérő, például a jelen megállapodás rendelkezései szerint a ventilátor azonosító száma 122, a háztartási színes TV azonosító száma pedig 123, így megvalósítható a különböző elektromos háztartási készülékek vezérlőközpontjának felismerése. Ugyanazon utasításkóddal a különböző háztartási készülékek különböző funkciókat látnak el. A 4. ábra a hozzáadáshoz kiválasztott háztartási készülékek összetételét mutatja.
3. Rendszerszoftver-tervezés
A rendszer szoftvertervezése főként hat részből áll, ezek a következők: távvezérlő weboldal tervezése, központi vezérléskezelő rendszer tervezése, ATMegal28 vezérlőközpont fővezérlő program tervezése, CC2430 koordinátor program tervezése, CC2430 felügyeleti csomópont program tervezése, CC2430 eszköz hozzáadása program tervezése.
3.1 ZigBee koordinátor programtervezés
A koordinátor először befejezi az alkalmazásréteg inicializálását, az alkalmazásréteg állapotát és a fogadási állapotot tétlenre állítja, majd bekapcsolja a globális megszakításokat és inicializálja az I/O portot. A koordinátor ezután megkezdi egy vezeték nélküli csillaghálózat kiépítését. A protokollban a koordinátor automatikusan kiválasztja a 2,4 GHz-es sávot, a másodpercenkénti maximális bitszám 62 500, az alapértelmezett PANID 0×1347, a maximális veremmélység 5, a küldésenkénti maximális bájtszám 93, a soros port átviteli sebessége pedig 57 600 bit/s. Az SL0W TIMER másodpercenként 10 megszakítást generál. Miután a ZigBee hálózat sikeresen létrejött, a koordinátor elküldi a címét a vezérlőközpont MCU-jának. Itt a vezérlőközpont MCU azonosítja a ZigBee koordinátort a monitorozó csomópont tagjaként, és azonosított címe 0. A program belép a fő hurokba. Először meg kell állapítani, hogy küldött-e új adatot a terminálcsomópont. Ha igen, az adat közvetlenül a vezérlőközpont MCU-jának kerül továbbításra. Határozza meg, hogy a vezérlőközpont MCU-ja kapott-e utasításokat, és ha igen, küldje el azokat a megfelelő ZigBee terminálcsomópontnak; ítélje meg, hogy a biztonsági rendszer nyitva van-e, van-e betörő, és ha igen, küldje el a riasztási információkat a vezérlőközpont MCU-jának; ítélje meg, hogy a lámpa automatikus vezérlésű állapotban van-e, és ha igen, kapcsolja be az analóg-digitális átalakítót mintavételezéshez, a mintavételi érték a kulcs a lámpa be- vagy kikapcsolásához, és ha a lámpa állapota megváltozik, az új állapotinformáció továbbítódik az MC-U vezérlőközpontba.
3.2 ZigBee terminálcsomópont programozás
A ZigBee terminálcsomópont a ZigBee koordinátor által vezérelt vezeték nélküli ZigBee csomópontra utal. A rendszerben ez főként a monitorozó csomópont, és opcionálisan hozzáadható háztartási készülék vezérlő. A ZigBee terminálcsomópontok inicializálása magában foglalja az alkalmazásréteg inicializálását, a megszakítások megnyitását és az I/O portok inicializálását is. Ezután próbáljon meg csatlakozni a ZigBee hálózathoz. Fontos megjegyezni, hogy csak a ZigBee koordinátorral beállított végpontcsomópontok csatlakozhatnak a hálózathoz. Ha a ZigBee terminálcsomópont nem tud csatlakozni a hálózathoz, két másodpercenként újra próbálkozik, amíg sikeresen nem csatlakozik a hálózathoz. A hálózathoz való sikeres csatlakozás után a ZI-Gbee terminálcsomópont elküldi regisztrációs adatait a ZigBee koordinátornak, amely ezután továbbítja azokat a vezérlőközpont MCU-jának a ZigBee terminálcsomópont regisztrációjának befejezéséhez. Ha a ZigBee terminálcsomópont egy monitorozó csomópont, akkor megvalósíthatja a világítás és a biztonság vezérlését. A program hasonló a ZigBee koordinátorhoz, azzal a különbséggel, hogy a monitorozó csomópontnak adatokat kell küldenie a ZigBee koordinátornak, majd a ZigBee koordinátor elküldi az adatokat a vezérlőközpont MCU-jának. Ha a ZigBee terminálcsomópont egy elektromos ventilátorvezérlő, akkor csak a felső számítógép adatait kell fogadnia az állapot feltöltése nélkül, így a vezérlése közvetlenül elvégezhető a vezeték nélküli adatvétel megszakításakor. A vezeték nélküli adatvétel megszakításakor az összes terminálcsomópont lefordítja a fogadott vezérlő utasításokat a csomópont saját vezérlőparamétereivé, és nem dolgozza fel a fogadott vezeték nélküli utasításokat a csomópont főprogramjában.
4 Online hibakeresés
A központi vezérlőrendszer által kiadott, a helyhez kötött berendezések utasításkódjához tartozó növekvő utasítás a számítógép soros portján keresztül kerül elküldésre a vezérlőközpont mikrovezérlőjének, a kétvezetékes interfészen keresztül pedig a koordinátornak, majd a koordinátor a ZigBee terminálcsomópontnak. Amikor a terminálcsomópont fogadja az adatokat, az adatok a soros porton keresztül ismét a PC-re kerülnek. Ezen a PC-n a ZigBee terminálcsomópont által fogadott adatokat összehasonlítják a vezérlőközpont által küldött adatokkal. A központi vezérlőrendszer másodpercenként 2 utasítást küld. 5 órás tesztelés után a tesztelő szoftver leáll, amikor azt mutatja, hogy a fogadott csomagok teljes száma 36 000 csomag. A többprotokollos adatátviteli tesztelő szoftver teszteredményeit a 6. ábra mutatja. A helyes csomagok száma 36 000, a hibás csomagok száma 0, a pontossági arány pedig 100%.
A ZigBee technológiát az okosotthonok belső hálózatának megvalósítására használják, amelynek előnyei a kényelmes távvezérlés, az új berendezések rugalmas hozzáadása és a megbízható vezérlési teljesítmény. Az RFTD technológiát a felhasználók azonosítására és a rendszerbiztonság javítására használják. A GSM modul hozzáférésén keresztül a távvezérlés és a riasztási funkciók is megvalósíthatók.
Közzététel ideje: 2022. január 6.