วิธีการออกแบบสมาร์ทโฮมที่ใช้ Zigbee

Smart Home เป็นบ้านในฐานะแพลตฟอร์มการใช้เทคโนโลยีการเดินสายแบบบูรณาการเทคโนโลยีการสื่อสารเครือข่ายเทคโนโลยีความปลอดภัยเทคโนโลยีการควบคุมอัตโนมัติเทคโนโลยีเสียงและวิดีโอเพื่อรวมสิ่งอำนวยความสะดวกที่เกี่ยวข้องกับชีวิตในครัวเรือนกำหนดการสร้างสิ่งอำนวยความสะดวกที่อยู่อาศัยที่มีประสิทธิภาพและระบบการจัดการกิจการครอบครัวปรับปรุงความปลอดภัยที่บ้าน ขึ้นอยู่กับคำจำกัดความล่าสุดของ Smart Home อ้างถึงลักษณะของเทคโนโลยี Zigbee การออกแบบระบบนี้จำเป็นต้องมีระบบสมาร์ทโฮม (ระบบควบคุมสมาร์ทโฮม (ส่วนกลาง) ระบบควบคุมแสงสว่างในครัวเรือนระบบรักษาความปลอดภัยภายในบ้าน) บนพื้นฐานของการเข้าร่วมระบบสายไฟในครัวเรือน ในการยืนยันว่าอาศัยอยู่ในหน่วยสืบราชการลับติดตั้งระบบที่จำเป็นทั้งหมดอย่างสมบูรณ์เท่านั้นและระบบครัวเรือนที่ติดตั้งระบบเสริมประเภทหนึ่งและสูงกว่าอย่างน้อยสามารถเรียกใช้ชีวิตปัญญาได้ดังนั้นระบบนี้สามารถเรียกได้ว่าเป็นบ้านอัจฉริยะ

1. โครงการออกแบบระบบ

ระบบประกอบด้วยอุปกรณ์ควบคุมและอุปกรณ์ควบคุมระยะไกลในบ้าน ในหมู่พวกเขาอุปกรณ์ที่ควบคุมในครอบครัวส่วนใหญ่รวมถึงคอมพิวเตอร์ที่สามารถเข้าถึงอินเทอร์เน็ตศูนย์ควบคุมโหนดการตรวจสอบและคอนโทรลเลอร์ของเครื่องใช้ในครัวเรือนที่สามารถเพิ่มได้ อุปกรณ์ควบคุมระยะไกลส่วนใหญ่ประกอบด้วยคอมพิวเตอร์ระยะไกลและโทรศัพท์มือถือ

ฟังก์ชั่นหลักของระบบคือ: 1) หน้าแรกของการท่องเว็บเพจการจัดการข้อมูลพื้นหลัง 2) ตระหนักถึงการควบคุมสวิตช์ของเครื่องใช้ในครัวเรือนในร่มความปลอดภัยและการให้แสงสว่างผ่านอินเทอร์เน็ตและโทรศัพท์มือถือ 3) ผ่านโมดูล RFID เพื่อรับรู้การระบุผู้ใช้เพื่อให้สวิตช์สถานะความปลอดภัยในร่มเสร็จสมบูรณ์ในกรณีที่มีการขโมยผ่านสัญญาณเตือน SMS ไปยังผู้ใช้ 4) ผ่านซอฟต์แวร์ระบบการจัดการการควบคุมส่วนกลางเพื่อให้การควบคุมและสถานะการแสดงสถานะของแสงในร่มและเครื่องใช้ในครัวเรือนเสร็จสมบูรณ์ 5) การจัดเก็บข้อมูลส่วนบุคคลและการจัดเก็บสถานะอุปกรณ์ในร่มเสร็จสมบูรณ์โดยใช้ฐานข้อมูล มันสะดวกสำหรับผู้ใช้ในการสอบถามสถานะอุปกรณ์ในร่มผ่านระบบควบคุมและการจัดการส่วนกลาง

2. การออกแบบฮาร์ดแวร์ของระบบ

การออกแบบฮาร์ดแวร์ของระบบรวมถึงการออกแบบของศูนย์ควบคุมโหนดการตรวจสอบและการเพิ่มตัวควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้าน (ใช้ตัวควบคุมพัดลมไฟฟ้าเป็นตัวอย่าง)

2.1 ศูนย์ควบคุม

ฟังก์ชั่นหลักของศูนย์ควบคุมมีดังนี้: 1) เพื่อสร้างเครือข่าย Zigbee ไร้สายเพิ่มโหนดการตรวจสอบทั้งหมดในเครือข่ายและตระหนักถึงการรับอุปกรณ์ใหม่ 2) การระบุผู้ใช้ผู้ใช้ที่บ้านหรือกลับผ่านการ์ดผู้ใช้เพื่อให้ได้สวิตช์ความปลอดภัยในร่ม 3) เมื่อขโมยบุกเข้าไปในห้องส่งข้อความสั้น ๆ ถึงผู้ใช้เพื่อเตือนภัย ผู้ใช้ยังสามารถควบคุมความปลอดภัยในร่มแสงและเครื่องใช้ในบ้านผ่านข้อความสั้น ๆ 4) เมื่อระบบทำงานอยู่คนเดียว LCD จะแสดงสถานะระบบปัจจุบันซึ่งสะดวกสำหรับผู้ใช้ในการดู 5) เก็บสถานะอุปกรณ์ไฟฟ้าและส่งไปยังพีซีเพื่อรับรู้ระบบออนไลน์

ฮาร์ดแวร์รองรับการตรวจจับการเข้าถึง/การชนหลายครั้ง (CSMA/CA) แรงดันไฟฟ้าในการดำเนินงาน 2.0 ~ 3.6V เอื้อต่อการใช้พลังงานต่ำของระบบ ตั้งค่าเครือข่าย Zigbee Star ไร้สายในอาคารโดยเชื่อมต่อกับโมดูลผู้ประสานงาน Zigbee ในศูนย์ควบคุม และโหนดการตรวจสอบทั้งหมดที่เลือกเพื่อเพิ่มคอนโทรลเลอร์เครื่องใช้ในบ้านเป็นโหนดเทอร์มินัลในเครือข่ายเพื่อเข้าร่วมเครือข่ายเพื่อตระหนักถึงการควบคุมเครือข่าย Zigbee ไร้สายของความปลอดภัยในร่มและเครื่องใช้ในบ้าน

2.2 การตรวจสอบโหนด

ฟังก์ชั่นของโหนดการตรวจสอบมีดังนี้: 1) การตรวจจับสัญญาณร่างกายมนุษย์เสียงและสัญญาณเตือนแสงเมื่อขโมยบุกเข้ามา; 2) การควบคุมแสงโหมดควบคุมแบ่งออกเป็นตัวควบคุมอัตโนมัติและการควบคุมด้วยตนเองการควบคุมอัตโนมัติเปิด/ปิดไฟโดยอัตโนมัติตามความแข็งแรงของแสงในร่มควบคุมแสงควบคุมด้วยตนเองผ่านระบบควบคุมส่วนกลาง (3) ข้อมูลการเตือนภัยและข้อมูลอื่น ๆ ที่ส่งไปยังศูนย์ควบคุมและรับคำสั่งควบคุมจากศูนย์ควบคุม

โหมดการตรวจจับไมโครเวฟอินฟราเรดบวกเป็นวิธีที่พบได้บ่อยที่สุดในการตรวจจับสัญญาณร่างกายมนุษย์ โพรบอินฟราเรด Pyroelectric คือ RE200B และอุปกรณ์ขยายคือ BISS0001 RE200B ขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้า 3-10 V และมีองค์ประกอบอินฟราเรดที่ไวต่อแสงคู่ของ pyroelectric เมื่อองค์ประกอบได้รับแสงอินฟราเรดเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกจะเกิดขึ้นที่เสาของแต่ละองค์ประกอบและประจุจะสะสม BISS0001 เป็น ASIC ไฮบริดแบบดิจิตอล-อะนาล็อกซึ่งประกอบด้วยแอมพลิฟายเออร์การทำงานตัวเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าตัวควบคุมสถานะตัวจับเวลาเวลาหน่วงเวลาและจับเวลาเวลาปิดกั้น เมื่อรวมกับ RE200B และส่วนประกอบไม่กี่ตัวสวิตช์อินฟราเรด pyroelectric แบบพาสซีฟสามารถเกิดขึ้นได้ โมดูล ANT-G100 ใช้สำหรับเซ็นเซอร์ไมโครเวฟความถี่กลางคือ 10 GHz และเวลาการจัดตั้งสูงสุดคือ6μs เมื่อรวมกับโมดูลอินฟราเรด pyroelectric อัตราความผิดพลาดของการตรวจจับเป้าหมายสามารถลดลงได้อย่างมีประสิทธิภาพ

โมดูลควบคุมแสงส่วนใหญ่ประกอบด้วยตัวต้านทานที่ไวต่อแสงและรีเลย์ควบคุมแสง เชื่อมต่อตัวต้านทานแสงในอนุกรมด้วยตัวต้านทานที่ปรับได้ของ 10 k Ωจากนั้นเชื่อมต่อปลายอีกด้านของตัวต้านทานที่ไวต่อแสงเข้ากับพื้นและเชื่อมต่อปลายอีกด้านของตัวต้านทานที่ปรับได้เข้ากับระดับสูง ค่าแรงดันไฟฟ้าของจุดเชื่อมต่อความต้านทานทั้งสองนั้นได้รับผ่านตัวแปลงอะนาล็อกเป็นดิจิตอล SCM เพื่อตรวจสอบว่าไฟปัจจุบันเปิดอยู่หรือไม่ ความต้านทานที่ปรับได้สามารถปรับได้โดยผู้ใช้เพื่อให้ตรงกับความเข้มแสงเมื่อเปิดไฟ สวิตช์แสงในร่มจะถูกควบคุมโดยรีเลย์ สามารถทำได้เพียงพอร์ตอินพุต/เอาต์พุตเดียวเท่านั้น

2.3 เลือกคอนโทรลเลอร์เครื่องใช้ในบ้านที่เพิ่มเข้ามา

เลือกที่จะเพิ่มการควบคุมเครื่องใช้ในครัวเรือนส่วนใหญ่ตามฟังก์ชั่นของอุปกรณ์เพื่อให้ได้การควบคุมอุปกรณ์ที่นี่กับพัดลมไฟฟ้าเป็นตัวอย่าง การควบคุมพัดลมเป็นศูนย์ควบคุมจะเป็นคำแนะนำการควบคุมพัดลมพีซีที่ส่งไปยังตัวควบคุมพัดลมไฟฟ้าผ่านการใช้งานเครือข่าย Zigbee หมายเลขประจำตัวเครื่องใช้ที่แตกต่างกันนั้นแตกต่างกันตัวอย่างเช่นบทบัญญัติของข้อตกลงนี้หมายเลขประจำตัวพัดลมคือ 122 หมายเลขประจำตัวทีวีสีในประเทศคือ 123 สำหรับรหัสคำสั่งเดียวกันเครื่องใช้ในบ้านที่แตกต่างกันทำหน้าที่แตกต่างกัน รูปที่ 4 แสดงองค์ประกอบของเครื่องใช้ในครัวเรือนที่เลือกไว้สำหรับการเพิ่ม

3. การออกแบบซอฟต์แวร์ระบบ

การออกแบบซอฟต์แวร์ระบบส่วนใหญ่ประกอบด้วยหกส่วนซึ่ง ได้แก่ การออกแบบหน้าเว็บรีโมทคอนโทรลการออกแบบระบบการควบคุมส่วนกลางการออกแบบระบบควบคุมศูนย์ควบคุมหลัก ATMEGAL28 การออกแบบโปรแกรม CC2430 ผู้ประสานงานการออกแบบโปรแกรมการออกแบบโปรแกรม CC2430 การออกแบบโหนดโหนด CC2430 เลือกการออกแบบโปรแกรมอุปกรณ์

3.1 การออกแบบโปรแกรมผู้ประสานงาน Zigbee

ผู้ประสานงานก่อนการเริ่มต้นแอปพลิเคชันเริ่มต้นตั้งค่าสถานะเลเยอร์แอปพลิเคชันและรับสถานะไปไม่ได้ใช้งานจากนั้นจะเปิดการขัดจังหวะทั่วโลกและเริ่มต้นพอร์ต I/O จากนั้นผู้ประสานงานจะเริ่มสร้างเครือข่ายดาวไร้สาย ในโปรโตคอลผู้ประสานงานจะเลือกแถบ 2.4 GHz โดยอัตโนมัติจำนวนบิตสูงสุดต่อวินาทีคือ 62 500 PANID เริ่มต้นคือ 0 × 1347 ความลึกของสแต็กสูงสุดคือ 5 จำนวนไบต์สูงสุดต่อการส่งคือ 93 และอัตราพอร์ต ตัวจับเวลา SL0W สร้างการขัดจังหวะ 10 ครั้งต่อวินาที หลังจากสร้างเครือข่าย Zigbee สำเร็จผู้ประสานงานจะส่งที่อยู่ไปยัง MCU ของศูนย์ควบคุม ที่นี่ศูนย์ควบคุม MCU ระบุผู้ประสานงาน Zigbee ในฐานะสมาชิกของโหนดการตรวจสอบและที่อยู่ที่ระบุคือ 0 โปรแกรมจะเข้าสู่วงหลัก ขั้นแรกให้ตรวจสอบว่ามีข้อมูลใหม่ที่ส่งโดยโหนดเทอร์มินัลหรือไม่หากมีข้อมูลจะถูกส่งโดยตรงไปยัง MCU ของศูนย์ควบคุม ตรวจสอบว่า MCU ของศูนย์ควบคุมมีคำแนะนำที่ส่งลงมาถ้าเป็นเช่นนั้นหรือไม่ให้ส่งคำแนะนำลงไปยังโหนดเทอร์มินัล Zigbee ที่สอดคล้องกันหรือไม่ ตัดสินว่าการรักษาความปลอดภัยเปิดอยู่หรือไม่ไม่ว่าจะมีการขโมยถ้าเป็นเช่นนั้นส่งข้อมูลการเตือนภัยไปยัง MCU ของศูนย์ควบคุม; ตัดสินว่าแสงอยู่ในสถานะควบคุมอัตโนมัติถ้าเป็นเช่นนั้นเปิดเครื่องแปลงแบบอะนาล็อกเป็นดิจิตอลสำหรับการสุ่มตัวอย่างค่าการสุ่มตัวอย่างเป็นกุญแจสำคัญในการเปิดหรือปิดไฟหากสถานะแสงเปลี่ยนแปลงข้อมูลสถานะใหม่จะถูกส่งไปยังศูนย์ควบคุม MC-U

3.2 การเขียนโปรแกรมโหนดเทอร์มินัล Zigbee

โหนดเทอร์มินัล Zigbee หมายถึงโหนด Zigbee ไร้สายที่ควบคุมโดยผู้ประสานงาน Zigbee ในระบบส่วนใหญ่เป็นโหนดการตรวจสอบและการเพิ่มตัวควบคุมเครื่องใช้ในครัวเรือน การเริ่มต้นของโหนดเทอร์มินัล Zigbee ยังรวมถึงการเริ่มต้นแอปพลิเคชันเลเยอร์การเปิดการขัดจังหวะและการเริ่มต้นพอร์ต I/O จากนั้นลองเข้าร่วมเครือข่าย ZigBee เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทราบว่ามีเพียงโหนดสิ้นสุดที่มีการตั้งค่าผู้ประสานงาน Zigbee เท่านั้นที่ได้รับอนุญาตให้เข้าร่วมเครือข่าย หากโหนดเทอร์มินัล Zigbee ไม่สามารถเข้าร่วมเครือข่ายได้จะลองอีกครั้งทุกสองวินาทีจนกว่าจะประสบความสำเร็จในการเข้าร่วมเครือข่าย หลังจากเข้าร่วมเครือข่ายอย่างประสบความสำเร็จโหนดเทอร์มินัล Zi-Gbee จะส่งข้อมูลการลงทะเบียนไปยังผู้ประสานงาน Zigbee ซึ่งส่งต่อไปยัง MCU ของศูนย์ควบคุมเพื่อให้การลงทะเบียนของโหนดเทอร์มินัล Zigbee เสร็จสมบูรณ์ หากโหนดเทอร์มินัล Zigbee เป็นโหนดการตรวจสอบจะสามารถตระหนักถึงการควบคุมแสงและความปลอดภัย โปรแกรมนี้คล้ายกับผู้ประสานงาน ZigBee ยกเว้นว่าโหนดการตรวจสอบจำเป็นต้องส่งข้อมูลไปยังผู้ประสานงาน Zigbee จากนั้นผู้ประสานงาน ZigBee จะส่งข้อมูลไปยัง MCU ของศูนย์ควบคุม หากโหนดเทอร์มินัล Zigbee เป็นตัวควบคุมพัดลมไฟฟ้าจะต้องได้รับข้อมูลของคอมพิวเตอร์ส่วนบนโดยไม่ต้องอัปโหลดสถานะดังนั้นการควบคุมของมันจะเสร็จสมบูรณ์โดยตรงในการหยุดชะงักของข้อมูลไร้สาย ในข้อมูลไร้สายที่ได้รับการขัดจังหวะโหนดเทอร์มินัลทั้งหมดแปลคำแนะนำการควบคุมที่ได้รับลงในพารามิเตอร์การควบคุมของโหนดเองและไม่ประมวลผลคำแนะนำไร้สายที่ได้รับในโปรแกรมหลักของโหนด

4 การดีบักออนไลน์

คำสั่งที่เพิ่มขึ้นสำหรับรหัสคำสั่งของอุปกรณ์คงที่ที่ออกโดยระบบการจัดการการควบคุมส่วนกลางจะถูกส่งไปยัง MCU ของศูนย์ควบคุมผ่านพอร์ตอนุกรมของคอมพิวเตอร์และไปยังผู้ประสานงานผ่านอินเทอร์เฟซสองบรรทัดและจากนั้นไปยังโหนดเทอร์มินัล Zigbee โดยผู้ประสานงาน เมื่อโหนดเทอร์มินัลได้รับข้อมูลข้อมูลจะถูกส่งไปยังพีซีผ่านพอร์ตอนุกรมอีกครั้ง บนพีซีนี้ข้อมูลที่ได้รับจากโหนดเทอร์มินัล Zigbee ถูกนำมาเปรียบเทียบกับข้อมูลที่ส่งโดยศูนย์ควบคุม ระบบการจัดการการควบคุมส่วนกลางส่ง 2 คำแนะนำทุกวินาที หลังจากการทดสอบ 5 ชั่วโมงซอฟต์แวร์การทดสอบจะหยุดลงเมื่อแสดงให้เห็นว่าจำนวนแพ็กเก็ตที่ได้รับทั้งหมดคือ 36,000 แพ็คเก็ต ผลการทดสอบของซอฟต์แวร์การทดสอบการส่งข้อมูลแบบหลายโปรโตคอลแสดงในรูปที่ 6 จำนวนแพ็กเก็ตที่ถูกต้องคือ 36,000 จำนวนแพ็กเก็ตที่ไม่ถูกต้องคือ 0 และอัตราความแม่นยำคือ 100%

เทคโนโลยี Zigbee ใช้เพื่อตระหนักถึงเครือข่ายภายในของ Smart Home ซึ่งมีข้อดีของการควบคุมระยะไกลที่สะดวกการเพิ่มอุปกรณ์ใหม่และประสิทธิภาพการควบคุมที่เชื่อถือได้ เทคโนโลยี RFTD ใช้เพื่อตระหนักถึงการระบุผู้ใช้และปรับปรุงความปลอดภัยของระบบ ผ่านการเข้าถึงโมดูล GSM จะมีการรับรู้ฟังก์ชั่นการควบคุมระยะไกลและการเตือนภัย