Ang smart home ay isang bahay bilang isang plataporma, gamit ang integrated wiring technology, network communication technology, security technology, automatic control technology, audio at video technology upang maisama ang mga pasilidad na may kaugnayan sa buhay ng sambahayan, mag-iskedyul ng pagbuo ng mahusay na residential facilities at family affairs management system, mapabuti ang seguridad, kaginhawahan, at sining ng tahanan, at maisakatuparan ang pangangalaga sa kapaligiran at pagtitipid ng enerhiya sa pamumuhay. Batay sa pinakabagong kahulugan ng smart home, tinutukoy ang mga katangian ng ZigBee technology, ang disenyo ng sistemang ito ay naglalaman ng mga kinakailangang smart home system (smart home (central) control system, household lighting control system, home security system), batay sa pagsasama ng household wiring system, home network system, background music system at family environment control system. Sa pag-aangkin na ang mga naninirahan sa intelligence, ang lahat ng kinakailangang sistema ay naka-install lamang nang buo, at ang mga sambahayan na naka-install ng opsyonal na sistema ng isang uri o higit pa ay maaaring tumawag ng intelligence na naninirahan. Samakatuwid, ang sistemang ito ay maaaring tawaging intelligence home.
1. Iskemang Disenyo ng Sistema
Ang sistema ay binubuo ng mga kontroladong aparato at mga remote control device sa bahay. Kabilang sa mga ito, ang mga kontroladong aparato sa pamilya ay pangunahing kinabibilangan ng computer na maaaring mag-access sa Internet, ang control center, ang monitoring node at ang controller ng mga kagamitan sa bahay na maaaring idagdag. Ang mga remote control device ay pangunahing binubuo ng mga remote computer at mobile phone.
Ang mga pangunahing tungkulin ng sistema ay: 1) ang unang pahina ng pag-browse sa web page, pamamahala ng impormasyon sa background; 2) Pagsasakatuparan ng pagkontrol sa switch ng mga kagamitan sa loob ng bahay, seguridad at ilaw sa pamamagitan ng Internet at mobile phone; 3) Sa pamamagitan ng RFID module upang maisakatuparan ang pagkakakilanlan ng gumagamit, upang makumpleto ang switch ng katayuan ng seguridad sa loob ng bahay, kung sakaling manakaw sa pamamagitan ng SMS alarm sa gumagamit; 4) Sa pamamagitan ng central control management system software upang makumpleto ang lokal na kontrol at pagpapakita ng katayuan ng mga ilaw sa loob ng bahay at mga kagamitan sa bahay; 5) Ang pag-iimbak ng personal na impormasyon at pag-iimbak ng katayuan ng kagamitan sa loob ng bahay ay kinukumpleto gamit ang database. Maginhawa para sa mga gumagamit na magtanong tungkol sa katayuan ng kagamitan sa loob ng bahay sa pamamagitan ng central control at management system.
2. Disenyo ng Hardware ng Sistema
Kasama sa disenyo ng hardware ng sistema ang disenyo ng control center, ang monitoring node, at ang opsyonal na pagdaragdag ng home appliance controller (halimbawa, ang electric fan controller).
2.1 Ang Sentro ng Kontrol
Ang mga pangunahing tungkulin ng control center ay ang mga sumusunod: 1) Upang bumuo ng isang wireless ZigBee network, idagdag ang lahat ng monitoring nodes sa network, at maisakatuparan ang pagtanggap ng mga bagong kagamitan; 2) pagkakakilanlan ng gumagamit, ang gumagamit ay nasa bahay o pabalik sa pamamagitan ng user card upang makamit ang panloob na seguridad switch; 3) Kapag ang isang magnanakaw ay pumasok sa silid, magpadala ng isang maikling mensahe sa gumagamit upang mag-alarma. Maaari ring kontrolin ng mga gumagamit ang panloob na seguridad, ilaw at mga kagamitan sa bahay sa pamamagitan ng mga maikling mensahe; 4) Kapag ang sistema ay tumatakbo nang mag-isa, ipinapakita ng LCD ang kasalukuyang katayuan ng sistema, na maginhawa para sa mga gumagamit na tingnan; 5) Iimbak ang estado ng mga kagamitang elektrikal at ipadala ito sa PC upang maisakatuparan ang sistema online.
Sinusuportahan ng hardware ang Carrier sense multiple access/Collision detection (CSMA/CA). Ang operating voltage na 2.0 ~ 3.6V ay nakakatulong sa mababang konsumo ng kuryente ng sistema. Mag-set up ng wireless ZigBee star network sa loob ng bahay sa pamamagitan ng pagkonekta sa ZigBee coordinator module sa control center. At lahat ng monitoring nodes, napili upang idagdag ang home appliance controller bilang terminal node sa network upang sumali sa network, upang maisakatuparan ang wireless ZigBee network control ng panloob na seguridad at mga appliances sa bahay.
2.2 Mga Node ng Pagsubaybay
Ang mga tungkulin ng monitoring node ay ang mga sumusunod: 1) pagtukoy ng signal ng katawan ng tao, pag-alarma ng tunog at ilaw kapag may mga magnanakaw na sumalakay; 2) pagkontrol ng ilaw, ang control mode ay nahahati sa awtomatikong kontrol at manu-manong kontrol, ang awtomatikong kontrol ay awtomatikong naka-on/naka-off ang ilaw ayon sa lakas ng ilaw sa loob ng bahay, ang manu-manong kontrol sa pag-iilaw ay sa pamamagitan ng central control system, (3) ang impormasyon ng alarma at iba pang impormasyon ay ipinapadala sa control center, at tumatanggap ng mga control command mula sa control center upang makumpleto ang pagkontrol ng kagamitan.
Ang infrared plus microwave detection mode ang pinakakaraniwang paraan sa pagtukoy ng signal ng katawan ng tao. Ang pyroelectric infrared probe ay RE200B, at ang amplification device ay BISS0001. Ang RE200B ay pinapagana ng 3-10 V na boltahe at may built-in na pyroelectric dual-sensitive infrared element. Kapag ang elemento ay nakatanggap ng infrared light, ang photoelectric effect ay magaganap sa mga pole ng bawat elemento at maiipon ang charge. Ang BISS0001 ay isang digital-analog hybrid asIC na binubuo ng operational amplifier, voltage comparator, state controller, delay time timer at blocking time timer. Kasama ang RE200B at ilang component, maaaring mabuo ang passive pyroelectric infrared switch. Ginamit ang Ant-g100 module para sa microwave sensor, ang center frequency ay 10 GHz, at ang maximum establishment time ay 6μs. Kapag isinama sa pyroelectric infrared module, ang error rate ng target detection ay maaaring epektibong mabawasan.
Ang light control module ay pangunahing binubuo ng photosensitive resistor at light control relay. Ikonekta ang photosensitive resistor nang serye gamit ang adjustable resistor na 10 K ω, pagkatapos ay ikonekta ang kabilang dulo ng photosensitive resistor sa ground, at ikonekta ang kabilang dulo ng adjustable resistor sa high level. Ang halaga ng boltahe ng dalawang resistance connection point ay kinukuha sa pamamagitan ng SCM analog-to-digital converter upang matukoy kung naka-on ang kasalukuyang ilaw. Ang adjustable resistance ay maaaring isaayos ng gumagamit upang matugunan ang intensity ng ilaw kapag naka-on pa lang ang ilaw. Ang mga indoor lighting switch ay kinokontrol ng mga relay. Isang input/output port lamang ang maaaring makamit.
2.3 Piliin ang Idinagdag na Home Appliance Controller
Piliin ang pagdaragdag ng kontrol ng mga kagamitan sa bahay pangunahin ayon sa tungkulin ng aparato upang makamit ang kontrol ng aparato, dito ang electric fan bilang halimbawa. Ang pagkontrol ng fan ay ang control center na ipapadala ng mga tagubilin sa pagkontrol ng PC fan sa electric fan controller sa pamamagitan ng implementasyon ng ZigBee network, magkakaiba ang identification number ng iba't ibang appliances, halimbawa, ang mga probisyon ng kasunduang ito ay fan identification number ay 122, ang domestic color TV identification number ay 123, kaya natutupad ang pagkilala sa iba't ibang electrical home appliances control center. Para sa parehong instruction code, iba't ibang function ang ginagampanan ng iba't ibang appliances sa bahay. Ipinapakita ng Figure 4 ang komposisyon ng mga appliances sa bahay na napili para sa pagdaragdag.
3. Disenyo ng software ng sistema
Ang disenyo ng software ng sistema ay pangunahing binubuo ng anim na bahagi, na siyang disenyo ng web page ng remote control, disenyo ng central control management system, disenyo ng programang ATMegal28 ng pangunahing controller ng control center, disenyo ng programang CC2430 coordinator, disenyo ng programang CC2430 monitoring node, at disenyo ng programang CC2430 select add device.
3.1 Disenyo ng programa ng ZigBee Coordinator
Unang kinukumpleto ng coordinator ang initialization ng application layer, itinatakda ang estado ng application layer at ang estado ng receive sa idle, pagkatapos ay binubuksan ang mga global interrupt at ini-initialize ang I/O port. Pagkatapos ay sinisimulan ng coordinator ang pagbuo ng wireless star network. Sa protocol, awtomatikong pinipili ng coordinator ang 2.4 GHz band, ang maximum na bilang ng bits kada segundo ay 62,500, ang default na PANID ay 0×1347, ang maximum na stack depth ay 5, ang maximum na bilang ng bytes kada send ay 93, at ang serial port baud rate ay 57,600 bit/s. Ang SL0W TIMER ay bumubuo ng 10 interrupt kada segundo. Matapos matagumpay na maitatag ang ZigBee network, ipinapadala ng coordinator ang address nito sa MCU ng control center. Dito, tinutukoy ng control center MCU ang ZigBee Coordinator bilang miyembro ng monitoring node, at ang natukoy na address nito ay 0. Papasok ang programa sa main loop. Una, tukuyin kung may bagong data na ipinadala ng terminal node, kung mayroon, ang data ay direktang ipinapadala sa MCU ng control center; Tukuyin kung ang MCU ng control center ay may mga instruksyon na ipinadala, kung gayon, ipadala ang mga instruksyon pababa sa kaukulang ZigBee terminal node; Husgahan kung bukas ang seguridad, kung mayroong magnanakaw, kung gayon, ipadala ang impormasyon ng alarma sa MCU ng control center; Husgahan kung ang ilaw ay nasa awtomatikong estado ng kontrol, kung gayon, i-on ang analog-to-digital converter para sa sampling, ang halaga ng sampling ang susi upang i-on o i-off ang ilaw, kung magbago ang estado ng ilaw, ang bagong impormasyon ng estado ay ipinapadala sa control center MC-U.
3.2 Pagprograma ng ZigBee Terminal Node
Ang ZigBee terminal node ay tumutukoy sa wireless ZigBee node na kinokontrol ng ZigBee coordinator. Sa sistema, ito ay pangunahing monitoring node at ang opsyonal na pagdaragdag ng household appliance controller. Kasama rin sa pagsisimula ng mga ZigBee terminal node ang pagsisimula ng application layer, pagbubukas ng mga interrupt, at pagsisimula ng mga I/O port. Pagkatapos ay subukang sumali sa ZigBee network. Mahalagang tandaan na tanging ang mga end node na may ZigBee coordinator setup ang pinapayagang sumali sa network. Kung ang ZigBee terminal node ay hindi sumali sa network, susubukan nitong muli bawat dalawang segundo hanggang sa matagumpay itong sumali sa network. Pagkatapos matagumpay na sumali sa network, ipapadala ng ZI-Gbee terminal node ang impormasyon sa pagpaparehistro nito sa ZigBee Coordinator, na siyang magpapasa nito sa MCU ng control center upang makumpleto ang pagpaparehistro ng ZigBee terminal node. Kung ang ZigBee terminal node ay isang monitoring node, maaari nitong isagawa ang kontrol sa pag-iilaw at seguridad. Ang programa ay katulad ng ZigBee coordinator, maliban sa ang monitoring node ay kailangang magpadala ng data sa ZigBee coordinator, at pagkatapos ay ang ZigBee Coordinator ay magpapadala ng data sa MCU ng control center. Kung ang ZigBee terminal node ay isang electric fan controller, kailangan lamang nitong matanggap ang data ng upper computer nang hindi ina-upload ang state, kaya ang kontrol nito ay maaaring direktang makumpleto sa pagkaantala ng wireless data receiving. Sa wireless data receiving interruption, lahat ng terminal node ay isinasalin ang mga natanggap na control instruction sa mga control parameter ng node mismo, at hindi pinoproseso ang mga natanggap na wireless instruction sa main program ng node.
4 Online na Pag-debug
Ang tumataas na instruksyon para sa instruction code ng mga nakapirming kagamitan na inisyu ng central control management system ay ipinapadala sa MCU ng control center sa pamamagitan ng serial port ng computer, at sa coordinator sa pamamagitan ng two-line interface, at pagkatapos ay sa ZigBee terminal node ng coordinator. Kapag natanggap ng terminal node ang data, ang data ay ipinapadala muli sa PC sa pamamagitan ng serial port. Sa PC na ito, ang data na natanggap ng ZigBee terminal node ay inihahambing sa data na ipinadala ng control center. Ang central control management system ay nagpapadala ng 2 instruksyon bawat segundo. Pagkatapos ng 5 oras ng pagsubok, humihinto ang testing software kapag ipinakita nito na ang kabuuang bilang ng mga natanggap na packet ay 36,000 packet. Ang mga resulta ng pagsubok ng multi-protocol data transmission testing software ay ipinapakita sa Figure 6. Ang bilang ng mga tamang packet ay 36,000, ang bilang ng mga maling packet ay 0, at ang accuracy rate ay 100%.
Ginagamit ang teknolohiyang ZigBee upang maisakatuparan ang panloob na networking ng smart home, na may mga bentahe ng maginhawang remote control, kakayahang umangkop na pagdaragdag ng mga bagong kagamitan at maaasahang pagganap ng kontrol. Ginagamit ang teknolohiyang RFTD upang maisakatuparan ang pagkakakilanlan ng gumagamit at mapabuti ang seguridad ng sistema. Sa pamamagitan ng pag-access sa GSM module, naisasakatuparan ang mga function ng remote control at alarma.
Oras ng pag-post: Enero-06-2022