บ้านอัจฉริยะเป็นบ้านที่เป็นแพลตฟอร์มที่ใช้เทคโนโลยีการเดินสายแบบบูรณาการ เทคโนโลยีการสื่อสารเครือข่าย เทคโนโลยีความปลอดภัย เทคโนโลยีการควบคุมอัตโนมัติ เทคโนโลยีเสียงและวิดีโอเพื่อบูรณาการสิ่งอำนวยความสะดวกที่เกี่ยวข้องกับชีวิตในครัวเรือน กำหนดเวลาในการสร้างสิ่งอำนวยความสะดวกที่อยู่อาศัยที่มีประสิทธิภาพและระบบจัดการกิจการครอบครัว ปรับปรุงความปลอดภัยในบ้าน ความสะดวกสบาย ความเป็นศิลปะ และตระหนักถึงการปกป้องสิ่งแวดล้อมและสภาพแวดล้อมการอยู่อาศัยที่ประหยัดพลังงาน ตามคำจำกัดความล่าสุดของบ้านอัจฉริยะ อ้างอิงถึงลักษณะของเทคโนโลยี ZigBee การออกแบบระบบนี้ จำเป็นในการประกอบด้วยระบบบ้านอัจฉริยะ (ระบบควบคุมบ้านอัจฉริยะ (ส่วนกลาง) ระบบควบคุมไฟส่องสว่างในบ้าน ระบบรักษาความปลอดภัยในบ้าน) บนพื้นฐานของระบบสายไฟในบ้าน ระบบเครือข่ายในบ้าน ระบบเพลงพื้นหลัง และระบบควบคุมสภาพแวดล้อมในครอบครัว จากการยืนยันว่าอาศัยอยู่ในระบบอัจฉริยะ ติดตั้งระบบที่จำเป็นทั้งหมดอย่างสมบูรณ์เท่านั้น และระบบครัวเรือนที่ติดตั้งระบบเสริมประเภทหนึ่งขึ้นไปอย่างน้อยสามารถเรียกใช้ระบบอัจฉริยะได้ ดังนั้น ระบบนี้จึงเรียกได้ว่าเป็นบ้านอัจฉริยะ
1. แผนการออกแบบระบบ
ระบบประกอบด้วยอุปกรณ์ควบคุมและอุปกรณ์ควบคุมระยะไกลในบ้าน โดยอุปกรณ์ควบคุมในครอบครัวส่วนใหญ่ได้แก่ คอมพิวเตอร์ที่สามารถเข้าถึงอินเทอร์เน็ต ศูนย์ควบคุม โหนดตรวจสอบ และตัวควบคุมเครื่องใช้ในครัวเรือนที่สามารถเพิ่มได้ อุปกรณ์ควบคุมระยะไกลส่วนใหญ่ประกอบด้วยคอมพิวเตอร์ระยะไกลและโทรศัพท์มือถือ
หน้าที่หลักของระบบคือ: 1) การเรียกดูหน้าแรกของเว็บเพจ การจัดการข้อมูลพื้นหลัง 2) การควบคุมสวิตช์ของอุปกรณ์ภายในบ้าน ระบบรักษาความปลอดภัย และแสงสว่างผ่านทางอินเทอร์เน็ตและโทรศัพท์มือถือ 3) ผ่านโมดูล RFID เพื่อระบุตัวตนของผู้ใช้ เพื่อทำการสวิตช์สถานะความปลอดภัยภายในให้เสร็จสมบูรณ์ ในกรณีที่เกิดการโจรกรรมโดยส่งสัญญาณเตือนทาง SMS ไปยังผู้ใช้ 4) ผ่านซอฟต์แวร์ระบบการจัดการการควบคุมส่วนกลาง เพื่อทำการการควบคุมในพื้นที่และการแสดงสถานะของแสงสว่างภายในและเครื่องใช้ในครัวเรือน 5) การจัดเก็บข้อมูลส่วนบุคคลและการจัดเก็บสถานะอุปกรณ์ภายในนั้นเสร็จสมบูรณ์โดยใช้ฐานข้อมูล สะดวกสำหรับผู้ใช้ในการค้นหาสถานะอุปกรณ์ภายในผ่านระบบควบคุมและการจัดการส่วนกลาง
2. การออกแบบฮาร์ดแวร์ระบบ
การออกแบบฮาร์ดแวร์ของระบบประกอบไปด้วยการออกแบบศูนย์ควบคุม โหนดตรวจสอบ และการเพิ่มตัวควบคุมเครื่องใช้ในบ้านแบบเลือกได้ (ใช้ตัวควบคุมพัดลมไฟฟ้าเป็นตัวอย่าง)
2.1 ศูนย์ควบคุม
หน้าที่หลักของศูนย์ควบคุมมีดังนี้: 1) สร้างเครือข่าย ZigBee ไร้สาย เพิ่มโหนดการตรวจสอบทั้งหมดลงในเครือข่าย และรับรู้การรับอุปกรณ์ใหม่ 2) ระบุผู้ใช้ ผู้ใช้ที่บ้านหรือด้านหลังผ่านบัตรผู้ใช้เพื่อเปิดใช้งานสวิตช์ความปลอดภัยภายในอาคาร 3) เมื่อมีโจรบุกรุกเข้ามาในห้อง ให้ส่งข้อความสั้น ๆ ไปยังผู้ใช้เพื่อแจ้งเตือน ผู้ใช้ยังสามารถควบคุมความปลอดภัยภายในอาคาร แสงสว่าง และเครื่องใช้ในบ้านผ่านข้อความสั้น ๆ 4) เมื่อระบบทำงานคนเดียว LCD จะแสดงสถานะระบบปัจจุบัน ซึ่งสะดวกสำหรับผู้ใช้ในการดู 5) จัดเก็บสถานะของอุปกรณ์ไฟฟ้าและส่งไปยังพีซีเพื่อรับรู้ระบบออนไลน์
ฮาร์ดแวร์รองรับการตรวจจับการเข้าถึงหลายจุด/การชนกันของ Carrier Sense (CSMA/CA) แรงดันไฟฟ้าในการทำงาน 2.0 ~ 3.6V ช่วยให้ระบบใช้พลังงานต่ำ ตั้งค่าเครือข่าย ZigBee Star แบบไร้สายภายในอาคารโดยเชื่อมต่อกับโมดูลประสานงาน ZigBee ในศูนย์ควบคุม และโหนดตรวจสอบทั้งหมดที่เลือกเพื่อเพิ่มตัวควบคุมเครื่องใช้ในบ้านเป็นโหนดปลายทางในเครือข่ายเพื่อเข้าร่วมเครือข่าย เพื่อให้สามารถควบคุมความปลอดภัยภายในอาคารและเครื่องใช้ในบ้านผ่านเครือข่าย ZigBee แบบไร้สายได้
2.2 การตรวจสอบโหนด
ฟังก์ชั่นของโหนดการตรวจสอบมีดังนี้: 1) การตรวจจับสัญญาณร่างกายมนุษย์ สัญญาณเตือนเสียงและแสงเมื่อมีขโมยบุกรุก 2) การควบคุมแสง โหมดการควบคุมแบ่งออกเป็นการควบคุมอัตโนมัติและการควบคุมด้วยตนเอง โดยการควบคุมอัตโนมัติจะเปิด/ปิดไฟโดยอัตโนมัติตามความแรงของแสงภายในอาคาร การควบคุมแสงแบบควบคุมด้วยตนเองจะดำเนินการผ่านระบบควบคุมส่วนกลาง (3) ข้อมูลสัญญาณเตือนและข้อมูลอื่นๆ ที่ส่งไปยังศูนย์ควบคุม และรับคำสั่งควบคุมจากศูนย์ควบคุมเพื่อให้การควบคุมอุปกรณ์เสร็จสมบูรณ์
โหมดตรวจจับอินฟราเรดและไมโครเวฟเป็นวิธีที่พบมากที่สุดในการตรวจจับสัญญาณของร่างกายมนุษย์ โพรบอินฟราเรดไพโรอิเล็กทริกคือ RE200B และอุปกรณ์ขยายสัญญาณคือ BISS0001 RE200B ขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้า 3-10 V และมีองค์ประกอบอินฟราเรดไพโรอิเล็กทริกที่ไวต่อแสงแบบคู่ในตัว เมื่อองค์ประกอบได้รับแสงอินฟราเรด เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกจะเกิดขึ้นที่ขั้วของแต่ละองค์ประกอบและประจุจะสะสม BISS0001 เป็น AIC ไฮบริดดิจิทัล-แอนะล็อกที่ประกอบด้วยแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ ตัวเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้า ตัวควบคุมสถานะ ตัวจับเวลาเวลาหน่วง และตัวจับเวลาเวลาการบล็อก ร่วมกับ RE200B และส่วนประกอบบางส่วน สามารถสร้างสวิตช์อินฟราเรดไพโรอิเล็กทริกแบบพาสซีฟได้ โมดูล Ant-g100 ใช้สำหรับเซ็นเซอร์ไมโครเวฟ ความถี่กลางคือ 10 GHz และเวลาในการสร้างสูงสุดคือ 6μs เมื่อรวมกับโมดูลอินฟราเรดไพโรอิเล็กทริก อัตราข้อผิดพลาดในการตรวจจับเป้าหมายจะลดลงอย่างมีประสิทธิภาพ
โมดูลควบคุมแสงประกอบด้วยตัวต้านทานไวแสงและรีเลย์ควบคุมแสงเป็นหลัก เชื่อมต่อตัวต้านทานไวแสงแบบอนุกรมกับตัวต้านทานปรับได้ 10 K ω จากนั้นเชื่อมต่อปลายอีกด้านของตัวต้านทานไวแสงกับกราวด์ และเชื่อมต่อปลายอีกด้านของตัวต้านทานปรับได้กับระดับสูง ค่าแรงดันไฟฟ้าของจุดเชื่อมต่อความต้านทานทั้งสองจุดจะได้รับผ่านตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัล SCM เพื่อตรวจสอบว่าไฟปัจจุบันเปิดอยู่หรือไม่ ผู้ใช้สามารถปรับความต้านทานที่ปรับได้เพื่อให้ตรงกับความเข้มของแสงเมื่อไฟเพิ่งเปิด สวิตช์ไฟภายในอาคารควบคุมโดยรีเลย์ สามารถทำได้เพียงพอร์ตอินพุต/เอาต์พุตเดียวเท่านั้น
2.3 เลือกตัวควบคุมเครื่องใช้ภายในบ้านที่เพิ่ม
เลือกที่จะเพิ่มการควบคุมเครื่องใช้ในครัวเรือนตามฟังก์ชั่นของอุปกรณ์เป็นหลักเพื่อให้สามารถควบคุมอุปกรณ์ได้ ตัวอย่างเช่น พัดลมไฟฟ้า การควบคุมพัดลมเป็นศูนย์ควบคุมที่คำสั่งควบคุมพัดลมพีซีส่งไปยังตัวควบคุมพัดลมไฟฟ้าผ่านเครือข่าย ZigBee โดยหมายเลขประจำตัวเครื่องใช้ไฟฟ้าแต่ละเครื่องจะแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น บทบัญญัติของข้อตกลงนี้ หมายเลขประจำตัวพัดลมคือ 122 หมายเลขประจำตัวทีวีสีภายในบ้านคือ 123 ดังนั้นจึงสามารถรับรู้ศูนย์ควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านที่แตกต่างกันได้ สำหรับรหัสคำสั่งเดียวกัน เครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านแต่ละเครื่องจะทำหน้าที่ต่างกัน รูปที่ 4 แสดงส่วนประกอบของเครื่องใช้ในครัวเรือนที่เลือกสำหรับการเพิ่ม
3. การออกแบบซอฟต์แวร์ระบบ
การออกแบบซอฟต์แวร์ระบบประกอบด้วยส่วนหลัก 6 ส่วน ได้แก่ การออกแบบหน้าเว็บการควบคุมระยะไกล การออกแบบระบบจัดการการควบคุมส่วนกลาง การออกแบบโปรแกรม ATMegal28 ของตัวควบคุมหลักของศูนย์ควบคุม การออกแบบโปรแกรมผู้ประสานงาน CC2430 การออกแบบโปรแกรมโหนดการตรวจสอบ CC2430 และการออกแบบโปรแกรมเลือกเพิ่มอุปกรณ์ CC2430
3.1 การออกแบบโปรแกรม ZigBee Coordinator
ขั้นแรกผู้ประสานงานจะดำเนินการเริ่มต้นชั้นแอปพลิเคชันให้เสร็จสิ้นตั้งค่าสถานะของชั้นแอปพลิเคชันและสถานะการรับเป็นไม่ได้ใช้งานจากนั้นเปิดการขัดจังหวะทั่วโลกและเริ่มต้นพอร์ต I/O จากนั้นผู้ประสานงานจะเริ่มสร้างเครือข่ายดาวไร้สาย ในโปรโตคอลผู้ประสานงานจะเลือกแบนด์ 2.4 GHz โดยอัตโนมัติจำนวนบิตสูงสุดต่อวินาทีคือ 62,500, PANID เริ่มต้นคือ 0×1347, ความลึกของสแต็กสูงสุดคือ 5, จำนวนไบต์สูงสุดต่อการส่งคือ 93 และอัตราบอดของพอร์ตอนุกรมคือ 57,600 บิต / วินาที SL0W TIMER สร้างการขัดจังหวะ 10 ครั้งต่อวินาทีหลังจากที่สร้างเครือข่าย ZigBee สำเร็จแล้วผู้ประสานงานจะส่งที่อยู่ไปยัง MCU ของศูนย์ควบคุม ที่นี่ MCU ของศูนย์ควบคุมจะระบุผู้ประสานงาน ZigBee เป็นสมาชิกของโหนดการตรวจสอบและที่อยู่ที่ระบุคือ 0 โปรแกรมเข้าสู่ลูปหลัก ขั้นแรกให้ตรวจสอบว่ามีข้อมูลใหม่ที่ส่งโดยโหนดเทอร์มินัลหรือไม่ หากมี ข้อมูลจะถูกส่งไปยัง MCU ของศูนย์ควบคุมโดยตรง ตรวจสอบว่า MCU ของศูนย์ควบคุมมีคำสั่งที่ส่งลงมาหรือไม่ หากมี ให้ส่งคำสั่งลงไปยังโหนดเทอร์มินัล ZigBee ที่เกี่ยวข้อง ตรวจสอบว่าระบบรักษาความปลอดภัยเปิดอยู่หรือไม่ มีผู้บุกรุกหรือไม่ หากมี ให้ส่งข้อมูลสัญญาณเตือนไปยัง MCU ของศูนย์ควบคุม ตรวจสอบว่าไฟอยู่ในสถานะควบคุมอัตโนมัติหรือไม่ หากมี ให้เปิดตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัลสำหรับการสุ่มตัวอย่าง ค่าการสุ่มตัวอย่างคือกุญแจสำคัญในการเปิดหรือปิดไฟ หากสถานะไฟเปลี่ยนแปลง ข้อมูลสถานะใหม่จะถูกส่งไปยังศูนย์ควบคุม MC-U
3.2 การเขียนโปรแกรมโหนดเทอร์มินัล ZigBee
โหนดเทอร์มินัล ZigBee หมายถึงโหนด ZigBee ไร้สายที่ควบคุมโดยตัวประสานงาน ZigBee ในระบบนั้นส่วนใหญ่จะเป็นโหนดตรวจสอบและการเพิ่มตัวควบคุมเครื่องใช้ในครัวเรือนตามตัวเลือก การเริ่มต้นโหนดเทอร์มินัล ZigBee ยังรวมถึงการเริ่มต้นชั้นแอปพลิเคชัน การเปิดการขัดจังหวะ และการเริ่มต้นพอร์ต I/O จากนั้นพยายามเข้าร่วมเครือข่าย ZigBee สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าโหนดปลายทางที่มีการตั้งค่าตัวประสานงาน ZigBee เท่านั้นที่จะเข้าร่วมเครือข่ายได้ หากโหนดเทอร์มินัล ZigBee เข้าร่วมเครือข่ายไม่สำเร็จ โหนดจะพยายามอีกครั้งทุก ๆ สองวินาทีจนกว่าจะเข้าร่วมเครือข่ายได้สำเร็จ หลังจากเข้าร่วมเครือข่ายได้สำเร็จ โหนดเทอร์มินัล ZI-Gbee จะส่งข้อมูลการลงทะเบียนไปยังตัวประสานงาน ZigBee จากนั้นจึงส่งต่อไปยัง MCU ของศูนย์ควบคุมเพื่อลงทะเบียนโหนดเทอร์มินัล ZigBee ให้เสร็จสมบูรณ์ หากโหนดเทอร์มินัล ZigBee เป็นโหนดตรวจสอบ ก็จะสามารถควบคุมแสงสว่างและความปลอดภัยได้ โปรแกรมนี้คล้ายกับ ZigBee Coordinator ยกเว้นว่าโหนดการตรวจสอบจำเป็นต้องส่งข้อมูลไปยัง ZigBee Coordinator จากนั้น ZigBee Coordinator จะส่งข้อมูลไปยัง MCU ของศูนย์ควบคุม หากโหนดเทอร์มินัล ZigBee เป็นตัวควบคุมพัดลมไฟฟ้า ก็จำเป็นต้องรับข้อมูลของคอมพิวเตอร์ส่วนบนเท่านั้นโดยไม่ต้องอัปโหลดสถานะ ดังนั้นจึงสามารถควบคุมได้โดยตรงในการขัดจังหวะการรับข้อมูลไร้สาย ในการขัดจังหวะการรับข้อมูลไร้สาย โหนดเทอร์มินัลทั้งหมดจะแปลคำสั่งควบคุมที่ได้รับเป็นพารามิเตอร์การควบคุมของโหนดนั้นเอง และไม่ประมวลผลคำสั่งไร้สายที่ได้รับในโปรแกรมหลักของโหนด
4 การแก้จุดบกพร่องออนไลน์
คำสั่งที่เพิ่มขึ้นสำหรับรหัสคำสั่งของอุปกรณ์คงที่ที่ออกโดยระบบการจัดการควบคุมส่วนกลางจะถูกส่งไปยัง MCU ของศูนย์ควบคุมผ่านพอร์ตอนุกรมของคอมพิวเตอร์และไปยังผู้ประสานงานผ่านอินเทอร์เฟซสองบรรทัดจากนั้นไปยังโหนดเทอร์มินัล ZigBee โดยผู้ประสานงาน เมื่อโหนดเทอร์มินัลได้รับข้อมูลข้อมูลจะถูกส่งไปยังพีซีผ่านพอร์ตอนุกรมอีกครั้ง บนพีซีนี้ข้อมูลที่โหนดเทอร์มินัล ZigBee ได้รับจะถูกเปรียบเทียบกับข้อมูลที่ส่งโดยศูนย์ควบคุม ระบบการจัดการควบคุมส่วนกลางจะส่งคำสั่ง 2 คำสั่งทุก ๆ วินาที หลังจากทดสอบ 5 ชั่วโมงซอฟต์แวร์ทดสอบจะหยุดเมื่อแสดงว่าจำนวนแพ็คเก็ตที่รับทั้งหมดคือ 36,000 แพ็คเก็ต ผลการทดสอบซอฟต์แวร์ทดสอบการส่งข้อมูลหลายโปรโตคอลแสดงในรูปที่ 6 จำนวนแพ็คเก็ตที่ถูกต้องคือ 36,000 จำนวนแพ็คเก็ตที่ผิดคือ 0 และอัตราความแม่นยำคือ 100%
เทคโนโลยี ZigBee ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างเครือข่ายภายในของบ้านอัจฉริยะ ซึ่งมีข้อดีคือมีการควบคุมระยะไกลที่สะดวก สามารถเพิ่มอุปกรณ์ใหม่ได้อย่างยืดหยุ่น และควบคุมได้อย่างมีประสิทธิภาพ เทคโนโลยี RFTD ถูกนำมาใช้เพื่อระบุตัวตนของผู้ใช้และปรับปรุงความปลอดภัยของระบบ ผ่านการเข้าถึงโมดูล GSM ฟังก์ชันการควบคุมระยะไกลและการแจ้งเตือนก็เกิดขึ้นจริง
เวลาโพสต์ : 6 ม.ค. 2565