บ้านอัจฉริยะคือบ้านเสมือนแพลตฟอร์มที่ใช้เทคโนโลยีการเดินสายแบบบูรณาการ เทคโนโลยีการสื่อสารผ่านเครือข่าย เทคโนโลยีความปลอดภัย เทคโนโลยีการควบคุมอัตโนมัติ เทคโนโลยีเสียงและวิดีโอ เพื่อบูรณาการสิ่งอำนวยความสะดวกที่เกี่ยวข้องกับชีวิตภายในบ้าน วางแผนการสร้างสิ่งอำนวยความสะดวกสำหรับที่พักอาศัยที่มีประสิทธิภาพและระบบจัดการกิจการครอบครัว ปรับปรุงความปลอดภัย ความสะดวกสบาย ความสวยงาม และรักษาสิ่งแวดล้อมและประหยัดพลังงาน ตามนิยามล่าสุดของบ้านอัจฉริยะ อ้างอิงถึงคุณลักษณะของเทคโนโลยี ZigBee การออกแบบระบบนี้ ส่วนประกอบที่จำเป็นประกอบด้วยระบบบ้านอัจฉริยะ (ระบบควบคุมบ้านอัจฉริยะ (ส่วนกลาง), ระบบควบคุมแสงสว่างภายในบ้าน, ระบบรักษาความปลอดภัยภายในบ้าน), บนพื้นฐานของการเชื่อมต่อระบบสายไฟภายในบ้าน, ระบบเครือข่ายภายในบ้าน, ระบบเสียงพื้นหลัง และระบบควบคุมสภาพแวดล้อมภายในบ้าน จากการยืนยันว่าระบบอัจฉริยะนั้นติดตั้งระบบที่จำเป็นทั้งหมดอย่างครบถ้วน และระบบบ้านที่ติดตั้งระบบเสริมอย่างน้อยหนึ่งอย่างขึ้นไปสามารถเรียกใช้ระบบอัจฉริยะได้ ดังนั้น ระบบนี้จึงสามารถเรียกได้ว่าเป็นบ้านอัจฉริยะ
1. แผนการออกแบบระบบ
ระบบประกอบด้วยอุปกรณ์ควบคุมและอุปกรณ์ควบคุมระยะไกลภายในบ้าน อุปกรณ์ควบคุมส่วนใหญ่ในบ้านประกอบด้วยคอมพิวเตอร์ที่สามารถเข้าถึงอินเทอร์เน็ต ศูนย์ควบคุม โหนดตรวจสอบ และตัวควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านที่สามารถเพิ่มได้ อุปกรณ์ควบคุมระยะไกลส่วนใหญ่ประกอบด้วยคอมพิวเตอร์และโทรศัพท์มือถือ
หน้าที่หลักของระบบ ได้แก่ 1) เรียกดูหน้าเว็บหน้าแรกและจัดการข้อมูลเบื้องหลัง 2) ควบคุมสวิตช์ของเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน ระบบรักษาความปลอดภัย และระบบไฟส่องสว่างผ่านอินเทอร์เน็ตและโทรศัพท์มือถือ 3) ระบุตัวตนผู้ใช้ผ่านโมดูล RFID เพื่อตั้งค่าสวิตช์สถานะความปลอดภัยภายในอาคารให้สมบูรณ์ หากเกิดการโจรกรรม จะส่ง SMS แจ้งเตือนไปยังผู้ใช้ 4) ควบคุมและแสดงสถานะของไฟส่องสว่างและเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านผ่านซอฟต์แวร์ระบบจัดการส่วนกลาง 5) จัดเก็บข้อมูลส่วนบุคคลและสถานะอุปกรณ์ภายในอาคารผ่านฐานข้อมูล สะดวกต่อการใช้งานสำหรับผู้ใช้งานในการสอบถามสถานะอุปกรณ์ภายในอาคารผ่านระบบควบคุมและจัดการส่วนกลาง
2. การออกแบบฮาร์ดแวร์ระบบ
การออกแบบฮาร์ดแวร์ของระบบประกอบด้วยการออกแบบศูนย์ควบคุม โหนดตรวจสอบ และการเพิ่มตัวควบคุมเครื่องใช้ในบ้านแบบเลือกได้ (ใช้ตัวควบคุมพัดลมไฟฟ้าเป็นตัวอย่าง)
2.1 ศูนย์ควบคุม
หน้าที่หลักของศูนย์ควบคุมมีดังนี้: 1) สร้างเครือข่าย ZigBee ไร้สาย เพิ่มโหนดตรวจสอบทั้งหมดลงในเครือข่าย และรับรู้การรับอุปกรณ์ใหม่; 2) ระบุตัวตนผู้ใช้ ทั้งผู้ใช้ที่บ้านหรือกลับผ่านบัตรผู้ใช้ เพื่อเปิดใช้งานสวิตช์ความปลอดภัยภายใน; 3) เมื่อมีโจรบุกรุกเข้ามาในห้อง จะส่งข้อความสั้นไปยังผู้ใช้เพื่อแจ้งเตือน ผู้ใช้ยังสามารถควบคุมระบบรักษาความปลอดภัยภายในอาคาร แสงสว่าง และเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านผ่านข้อความสั้น; 4) เมื่อระบบทำงานเพียงอย่างเดียว หน้าจอ LCD จะแสดงสถานะปัจจุบันของระบบ ซึ่งสะดวกต่อการใช้งาน; 5) บันทึกสถานะของอุปกรณ์ไฟฟ้าและส่งไปยังคอมพิวเตอร์เพื่อเปิดใช้งานระบบออนไลน์
ฮาร์ดแวร์รองรับการตรวจจับการเข้าถึงหลายจุด/การชนกันของ Carrier Sense (CSMA/CA) แรงดันไฟฟ้าใช้งาน 2.0 ~ 3.6V ช่วยให้ระบบใช้พลังงานต่ำ ตั้งค่าเครือข่าย ZigBee Star ไร้สายภายในอาคารโดยเชื่อมต่อกับโมดูลประสานงาน ZigBee ในศูนย์ควบคุม และโหนดตรวจสอบทั้งหมดที่เลือกให้เพิ่มตัวควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านเป็นโหนดปลายทางในเครือข่ายเพื่อเข้าร่วมเครือข่าย เพื่อให้สามารถควบคุมระบบรักษาความปลอดภัยภายในบ้านและเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านผ่านเครือข่าย ZigBee ไร้สายได้
2.2 โหนดการตรวจสอบ
หน้าที่ของโหนดตรวจสอบมีดังนี้: 1) การตรวจจับสัญญาณร่างกายมนุษย์ สัญญาณเตือนเสียงและแสงเมื่อมีขโมยบุกรุก 2) การควบคุมแสง โหมดการควบคุมจะแบ่งออกเป็นการควบคุมอัตโนมัติและการควบคุมด้วยตนเอง การควบคุมอัตโนมัติจะเปิด/ปิดไฟโดยอัตโนมัติตามความแรงของแสงภายในอาคาร การควบคุมแสงด้วยตนเองจะควบคุมผ่านระบบควบคุมส่วนกลาง (3) ข้อมูลสัญญาณเตือนและข้อมูลอื่นๆ ส่งไปยังศูนย์ควบคุม และรับคำสั่งควบคุมจากศูนย์ควบคุมเพื่อควบคุมอุปกรณ์ให้เสร็จสมบูรณ์
โหมดตรวจจับอินฟราเรดและไมโครเวฟเป็นวิธีที่ใช้กันมากที่สุดในการตรวจจับสัญญาณจากร่างกายมนุษย์ หัววัดอินฟราเรดแบบไพโรอิเล็กทริกคือ RE200B และอุปกรณ์ขยายสัญญาณคือ BISS0001 RE200B ใช้พลังงานจากแรงดันไฟฟ้า 3-10 โวลต์ และมีส่วนประกอบอินฟราเรดแบบไพโรอิเล็กทริกที่ไวต่อแสงแบบคู่ในตัว เมื่อส่วนประกอบได้รับแสงอินฟราเรด จะเกิดปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกที่ขั้วของแต่ละส่วนประกอบและประจุจะสะสม BISS0001 เป็น AIC แบบไฮบริดดิจิทัล-แอนะล็อก ประกอบด้วยแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ ตัวเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้า ตัวควบคุมสถานะ ตัวตั้งเวลาหน่วงเวลา และตัวตั้งเวลาบล็อก เมื่อใช้ร่วมกับ RE200B และส่วนประกอบอื่นๆ สามารถสร้างสวิตช์อินฟราเรดแบบไพโรอิเล็กทริกแบบพาสซีฟได้ โมดูล Ant-g100 ถูกใช้สำหรับเซ็นเซอร์ไมโครเวฟ โดยมีความถี่กลางอยู่ที่ 10 GHz และเวลาติดตั้งสูงสุดคือ 6 ไมโครวินาที เมื่อใช้ร่วมกับโมดูลอินฟราเรดแบบไพโรอิเล็กทริก อัตราความผิดพลาดในการตรวจจับเป้าหมายจะลดลงอย่างมีประสิทธิภาพ
โมดูลควบคุมแสงประกอบด้วยตัวต้านทานไวแสงและรีเลย์ควบคุมแสงเป็นหลัก เชื่อมต่อตัวต้านทานไวแสงแบบอนุกรมกับตัวต้านทานแบบปรับได้ขนาด 10 K ω จากนั้นเชื่อมต่อปลายอีกด้านหนึ่งของตัวต้านทานไวแสงเข้ากับกราวด์ และเชื่อมต่อปลายอีกด้านหนึ่งของตัวต้านทานแบบปรับได้เข้ากับระดับแรงดันไฟฟ้าสูง ค่าแรงดันไฟฟ้าของจุดเชื่อมต่อความต้านทานทั้งสองจุดจะได้รับจากตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัลของ SCM เพื่อตรวจสอบว่าไฟปัจจุบันเปิดอยู่หรือไม่ ผู้ใช้สามารถปรับค่าความต้านทานที่ปรับได้ให้สอดคล้องกับความเข้มของแสงเมื่อเปิดไฟ สวิตช์ไฟภายในอาคารควบคุมโดยรีเลย์ สามารถใช้งานได้เพียงพอร์ตอินพุต/เอาต์พุตเดียว
2.3 เลือกตัวควบคุมเครื่องใช้ในบ้านที่เพิ่มเข้ามา
เลือกเพิ่มการควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านตามฟังก์ชันการทำงานของอุปกรณ์เป็นหลัก เพื่อให้สามารถควบคุมอุปกรณ์ได้ เช่น พัดลมไฟฟ้า การควบคุมพัดลมคือศูนย์ควบคุมที่ส่งคำสั่งควบคุมพัดลมพีซีไปยังตัวควบคุมพัดลมไฟฟ้าผ่านเครือข่าย ZigBee หมายเลขประจำตัวเครื่องใช้ไฟฟ้าแต่ละเครื่องจะแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น บทบัญญัติของข้อตกลงนี้ หมายเลขประจำตัวพัดลมคือ 122 และหมายเลขประจำตัวโทรทัศน์สีภายในบ้านคือ 123 ดังนั้นจึงสามารถรับรู้ศูนย์ควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านแต่ละเครื่องได้ สำหรับรหัสคำสั่งเดียวกัน เครื่องใช้ไฟฟ้าแต่ละเครื่องจะทำงานแตกต่างกัน รูปที่ 4 แสดงส่วนประกอบของเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านที่เลือกเพิ่ม
3. การออกแบบซอฟต์แวร์ระบบ
การออกแบบซอฟต์แวร์ระบบประกอบด้วยส่วนหลัก 6 ส่วน ได้แก่ การออกแบบหน้าเว็บควบคุมระยะไกล การออกแบบระบบการจัดการควบคุมส่วนกลาง การออกแบบโปรแกรม ATMegal28 ของตัวควบคุมหลักของศูนย์ควบคุม การออกแบบโปรแกรมประสานงาน CC2430 การออกแบบโปรแกรมโหนดการตรวจสอบ CC2430 และการออกแบบโปรแกรมเลือกเพิ่มอุปกรณ์ CC2430
3.1 การออกแบบโปรแกรม ZigBee Coordinator
ขั้นแรก ตัวประสานงานจะดำเนินการเริ่มต้นชั้นแอปพลิเคชันให้เสร็จสมบูรณ์ ตั้งค่าสถานะชั้นแอปพลิเคชันและสถานะการรับเป็น Idle จากนั้นเปิดใช้งานการขัดจังหวะแบบโกลบอลและเริ่มต้นพอร์ต I/O จากนั้นตัวประสานงานจะเริ่มสร้างเครือข่ายดาวไร้สาย ในโปรโตคอล ตัวประสานงานจะเลือกย่านความถี่ 2.4 GHz โดยอัตโนมัติ จำนวนบิตสูงสุดต่อวินาทีคือ 62,500, PANID เริ่มต้นคือ 0×1347, ความลึกของสแต็กสูงสุดคือ 5, จำนวนไบต์สูงสุดต่อการส่งคือ 93 และอัตราบอดของพอร์ตอนุกรมคือ 57,600 บิต/วินาที SL0W TIMER จะสร้างการขัดจังหวะ 10 ครั้งต่อวินาที หลังจากสร้างเครือข่าย ZigBee สำเร็จ ตัวประสานงานจะส่งที่อยู่ไปยัง MCU ของศูนย์ควบคุม ในกรณีนี้ MCU ของศูนย์ควบคุมจะระบุว่าตัวประสานงาน ZigBee เป็นสมาชิกของโหนดตรวจสอบ และที่อยู่ที่ระบุคือ 0 โปรแกรมจะเข้าสู่ลูปหลัก ขั้นแรก ตรวจสอบว่ามีข้อมูลใหม่ที่ส่งมาจากโหนดเทอร์มินัลหรือไม่ หากมี ข้อมูลจะถูกส่งไปยัง MCU ของศูนย์ควบคุมโดยตรง ตรวจสอบว่ามีการส่งคำสั่งลงมาใน MCU ของศูนย์ควบคุมหรือไม่ หากมี ให้ส่งคำสั่งลงไปยังโหนดเทอร์มินัล ZigBee ที่เกี่ยวข้อง ตรวจสอบดูว่าระบบรักษาความปลอดภัยเปิดอยู่หรือไม่ มีผู้บุกรุกหรือไม่ หากมี ให้ส่งข้อมูลสัญญาณเตือนไปยัง MCU ของศูนย์ควบคุม ตรวจสอบดูว่าไฟอยู่ในสถานะควบคุมอัตโนมัติหรือไม่ หากเป็นเช่นนั้น ให้เปิดตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัลเพื่อสุ่มตัวอย่าง ค่าการสุ่มตัวอย่างเป็นกุญแจสำคัญในการเปิดหรือปิดไฟ หากสถานะไฟเปลี่ยนแปลง ข้อมูลสถานะใหม่จะถูกส่งไปยังศูนย์ควบคุม MC-U
3.2 การเขียนโปรแกรมโหนดเทอร์มินัล ZigBee
โหนดเทอร์มินัล ZigBee หมายถึงโหนด ZigBee ไร้สายที่ควบคุมโดย ZigBee Coordinator ในระบบ โหนดนี้ส่วนใหญ่จะเป็นโหนดตรวจสอบและสามารถเพิ่มตัวควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านได้ การเริ่มต้นใช้งานโหนดเทอร์มินัล ZigBee ยังรวมถึงการเริ่มต้นใช้งานเลเยอร์แอปพลิเคชัน การเปิดการขัดจังหวะ และการเริ่มต้นใช้งานพอร์ต I/O จากนั้นจึงลองเข้าร่วมเครือข่าย ZigBee สิ่งสำคัญที่ต้องทราบคือ เฉพาะโหนดปลายทางที่มีการตั้งค่า ZigBee Coordinator เท่านั้นที่สามารถเข้าร่วมเครือข่ายได้ หากโหนดเทอร์มินัล ZigBee ไม่สามารถเข้าร่วมเครือข่ายได้ ระบบจะพยายามเชื่อมต่อใหม่ทุกสองวินาทีจนกว่าจะเข้าร่วมเครือข่ายได้สำเร็จ หลังจากเข้าร่วมเครือข่ายสำเร็จแล้ว โหนดเทอร์มินัล ZI-Gbee จะส่งข้อมูลการลงทะเบียนไปยัง ZigBee Coordinator ซึ่งจะส่งต่อไปยัง MCU ของศูนย์ควบคุมเพื่อลงทะเบียนโหนดเทอร์มินัล ZigBee ให้เสร็จสมบูรณ์ หากโหนดเทอร์มินัล ZigBee เป็นโหนดตรวจสอบ ระบบจะสามารถควบคุมแสงสว่างและความปลอดภัยได้ โปรแกรมนี้คล้ายกับ ZigBee Coordinator ยกเว้นว่าโหนดตรวจสอบจะต้องส่งข้อมูลไปยัง ZigBee Coordinator จากนั้น ZigBee Coordinator จะส่งข้อมูลไปยัง MCU ของศูนย์ควบคุม หากโหนดปลายทางของ ZigBee เป็นตัวควบคุมพัดลมไฟฟ้า โหนดจะต้องรับข้อมูลจากคอมพิวเตอร์เครื่องบนเท่านั้นโดยไม่ต้องอัปโหลดสถานะ ดังนั้นการควบคุมจึงสามารถดำเนินการได้โดยตรงเมื่อเกิดการขัดจังหวะการรับข้อมูลไร้สาย ในกรณีการขัดจังหวะการรับข้อมูลไร้สาย โหนดปลายทางทั้งหมดจะแปลงคำสั่งควบคุมที่ได้รับไปยังพารามิเตอร์ควบคุมของโหนดเอง และจะไม่ประมวลผลคำสั่งไร้สายที่ได้รับในโปรแกรมหลักของโหนด
4 การดีบักออนไลน์
คำสั่งที่เพิ่มขึ้นสำหรับรหัสคำสั่งของอุปกรณ์คงที่ที่ออกโดยระบบการจัดการควบคุมส่วนกลางจะถูกส่งไปยัง MCU ของศูนย์ควบคุมผ่านพอร์ตอนุกรมของคอมพิวเตอร์ และไปยังผู้ประสานงานผ่านอินเทอร์เฟซสองบรรทัด จากนั้นผู้ประสานงานจะส่งต่อไปยังโหนดเทอร์มินัล ZigBee เมื่อโหนดเทอร์มินัลได้รับข้อมูล ข้อมูลจะถูกส่งไปยังพีซีผ่านพอร์ตอนุกรมอีกครั้ง บนพีซีนี้ ข้อมูลที่โหนดเทอร์มินัล ZigBee ได้รับจะถูกเปรียบเทียบกับข้อมูลที่ส่งโดยศูนย์ควบคุม ระบบการจัดการควบคุมส่วนกลางจะส่งคำสั่ง 2 คำสั่งทุก ๆ วินาที หลังจากการทดสอบ 5 ชั่วโมง ซอฟต์แวร์ทดสอบจะหยุดเมื่อแสดงว่าจำนวนแพ็กเก็ตที่ได้รับทั้งหมดคือ 36,000 แพ็กเก็ต ผลการทดสอบซอฟต์แวร์ทดสอบการส่งข้อมูลแบบหลายโปรโตคอลแสดงในรูปที่ 6 จำนวนแพ็กเก็ตที่ถูกต้องคือ 36,000 จำนวนแพ็กเก็ตที่ไม่ถูกต้องคือ 0 และอัตราความแม่นยำคือ 100%
เทคโนโลยี ZigBee ถูกนำมาใช้เพื่อเชื่อมต่อเครือข่ายภายในบ้านอัจฉริยะ ซึ่งมีข้อดีคือ การควบคุมระยะไกลที่สะดวกสบาย การเพิ่มอุปกรณ์ใหม่ๆ ที่ยืดหยุ่น และประสิทธิภาพการควบคุมที่เชื่อถือได้ เทคโนโลยี RFTD ถูกนำมาใช้เพื่อระบุตัวตนของผู้ใช้และปรับปรุงความปลอดภัยของระบบ การเข้าถึงโมดูล GSM ช่วยให้สามารถควบคุมระยะไกลและแจ้งเตือนได้
เวลาโพสต์: 6 ม.ค. 2565