Smart hjem er et hjem som platform, der bruger integreret ledningsteknologi, netværkskommunikationsteknologi, sikkerhedsteknologi, automatisk styringsteknologi, lyd- og videoteknologi til at integrere husholdningsrelaterede faciliteter, planlægge at bygge effektive boligfaciliteter og familiestyringssystemer, forbedre hjemmets sikkerhed, bekvemmelighed, komfort, kunstnerisk sans og realisere miljøbeskyttelse og energibesparende levemiljø. Baseret på den nyeste definition af smart hjem, henvises der til karakteristikaene ved ZigBee-teknologien, og designet af dette system indeholder det nødvendige i et smart hjem-system (smart hjem (centralt) styresystem, husholdningsbelysningsstyringssystem, hjemmesikkerhedssystemer), baseret på et sammenføjet husholdningsledningssystem, hjemmenetværkssystem, baggrundsmusiksystem og familiemiljøstyringssystem. På baggrund af bekræftelsen af, at der er intelligente løsninger, installeres kun alle nødvendige systemer fuldstændigt, og at husholdningssystemer, der er installeret som et valgfrit system af én art eller derover, kan kalde intelligente løsninger. Derfor kan dette system kaldes et intelligent hjem.
1. Systemdesignskema
Systemet består af styrede enheder og fjernbetjeningsenheder i hjemmet. Blandt dem omfatter de styrede enheder i familien primært computeren, der kan få adgang til internettet, kontrolcentret, overvågningsnoden og controlleren til husholdningsapparater, der kan tilføjes. Fjernbetjeningsenheder består primært af fjerncomputere og mobiltelefoner.
Systemets hovedfunktioner er: 1) visning af websider på forsiden og styring af baggrundsinformation; 2) Styring af indendørs husholdningsapparater, sikkerhed og belysning via internettet og mobiltelefonen; 3) Brugeridentifikation via RFID-modulet for at fuldføre statusskiftet for indendørs sikkerhed og i tilfælde af tyveri via SMS-alarm til brugeren; 4) Lokal styring og statusvisning af indendørs belysning og husholdningsapparater via softwaren til det centrale kontrol- og styringssystem; 5) Lagring af personlige oplysninger og status for indendørs udstyr udføres ved hjælp af databasen. Det er bekvemt for brugerne at forespørge om status for indendørs udstyr via det centrale kontrol- og styringssystem.
2. Systemhardwaredesign
Systemets hardwaredesign omfatter designet af kontrolcentret, overvågningsnoden og den valgfrie tilføjelse af husholdningsapparatcontrolleren (tag den elektriske ventilatorcontroller som et eksempel).
2.1 Kontrolcenteret
Kontrolcenterets hovedfunktioner er som følger: 1) At opbygge et trådløst ZigBee-netværk, tilføje alle overvågningsnoder til netværket og realisere modtagelse af nyt udstyr; 2) Brugeridentifikation, brugeren derhjemme eller tilbage via brugerkortet for at opnå indendørs sikkerhedskontakt; 3) Når en indbrudstyv trænger ind i rummet, sendes en kort besked til brugeren for at alarmere. Brugere kan også styre indendørs sikkerhed, belysning og husholdningsapparater via korte beskeder; 4) Når systemet kører alene, viser LCD-skærmen den aktuelle systemstatus, hvilket er praktisk for brugerne at se; 5) Gemme status for elektrisk udstyr og sende den til pc'en for at gøre systemet online.
Hardwaren understøtter Carrier Sense multiple access/kollisionsdetektion (CSMA/CA). Driftsspændingen på 2,0 ~ 3,6V bidrager til systemets lavt strømforbrug. Opsæt et trådløst ZigBee-stjernenetværk indendørs ved at oprette forbindelse til ZigBee-koordinatormodulet i kontrolcentret. Og alle overvågningsnoder, der er valgt til at tilføje husholdningsapparatcontrolleren som terminalnode i netværket, skal tilsluttes netværket for at realisere trådløs ZigBee-netværkskontrol af indendørs sikkerhed og husholdningsapparater.
2.2 Overvågningsnoder
Overvågningsnodens funktioner er som følger: 1) detektering af menneskekroppens signaler, lyd- og lysalarm ved tyveindbrud; 2) lysstyring, kontroltilstanden er opdelt i automatisk kontrol og manuel kontrol, automatisk kontrol tænder/slukker lyset automatisk i henhold til styrken af det indendørs lys, manuel kontrol lysstyring sker via det centrale styresystem, (3) alarminformation og andre oplysninger sendes til kontrolcentret og modtager kontrolkommandoer fra kontrolcentret for at fuldføre udstyrskontrollen.
Infrarød plus mikrobølgedetektionstilstand er den mest almindelige metode til detektion af menneskekroppens signaler. Den pyroelektriske infrarøde sonde er RE200B, og forstærkningsenheden er BISS0001. RE200B drives af en 3-10 V spænding og har et indbygget pyroelektrisk dobbeltfølsomt infrarødt element. Når elementet modtager infrarødt lys, vil den fotoelektriske effekt opstå ved polerne på hvert element, og ladningen vil akkumuleres. BISS0001 er en digital-analog hybrid asIC bestående af en operationsforstærker, spændingskomparator, tilstandscontroller, forsinkelsestimer og blokeringstimer. Sammen med RE200B og et par komponenter kan den passive pyroelektriske infrarøde kontakt dannes. Ant-g100-modulet blev brugt til mikrobølgesensoren, centerfrekvensen var 10 GHz, og den maksimale etableringstid var 6 μs. Kombineret med det pyroelektriske infrarøde modul kan fejlraten for måldetektion reduceres effektivt.
Lysstyringsmodulet består hovedsageligt af en lysfølsom modstand og et lysstyringsrelæ. Forbind den lysfølsomme modstand i serie med den justerbare modstand på 10 K ω, forbind derefter den anden ende af den lysfølsomme modstand til jord, og forbind den anden ende af den justerbare modstand til højspændingsledningen. Spændingsværdien af de to modstandstilslutningspunkter opnås via SCM analog-til-digital-konverteren for at afgøre, om lyset er tændt. Den justerbare modstand kan justeres af brugeren for at imødekomme lysintensiteten, når lyset lige er tændt. Indendørs belysningsafbrydere styres af relæer. Der kan kun opnås én input/output-port.
2.3 Vælg den tilføjede husholdningsapparatcontroller
Vælg at tilføje styring af husholdningsapparater primært i henhold til enhedens funktion for at opnå enhedsstyring, her til den elektriske ventilator som et eksempel. Ventilatorstyring er kontrolcentret, hvor pc-ventilatorstyringsinstruktioner sendes til den elektriske ventilatorstyring via ZigBee-netværksimplementering. Forskellige apparaters identifikationsnumre er forskellige. For eksempel er bestemmelserne i denne aftale ventilatoridentifikationsnummeret 122, og identifikationsnummeret for farve-tv'er til hjemmet er 123, hvilket realiserer genkendelsen af forskellige elektriske husholdningsapparaters kontrolcentre. Forskellige husholdningsapparater udfører forskellige funktioner med den samme instruktionskode. Figur 4 viser sammensætningen af de husholdningsapparater, der er valgt til tilføjelse.
3. Design af systemsoftware
Systemsoftwaredesignet omfatter hovedsageligt seks dele, som er design af websider til fjernbetjening, design af centralt styresystem til kontrolcenter, design af ATMegal28-program til hovedcontrolleren til kontrolcentret, design af CC2430-koordinatorprogram, design af CC2430-overvågningsnodeprogram og design af CC2430-program til valg af tilføjelse af enheder.
3.1 Design af ZigBee Coordinator-programmet
Koordinatoren fuldfører først initialiseringen af applikationslaget, indstiller applikationslagets tilstand og modtagetilstand til inaktiv, aktiverer derefter globale afbrydelser og initialiserer I/O-porten. Koordinatoren begynder derefter at opbygge et trådløst stjernenetværk. I protokollen vælger koordinatoren automatisk 2,4 GHz-båndet, det maksimale antal bits pr. sekund er 62 500, standard PANID er 0 × 1347, den maksimale stakdybde er 5, det maksimale antal bytes pr. sending er 93, og den serielle ports baudrate er 57 600 bit/s. SL0W TIMER genererer 10 afbrydelser pr. sekund. Når ZigBee-netværket er etableret, sender koordinatoren sin adresse til MCU'en i kontrolcentret. Her identificerer kontrolcentrets MCU ZigBee-koordinatoren som medlem af overvågningsnoden, og dens identificerede adresse er 0. Programmet går ind i hovedløkken. Først skal det bestemmes, om der er nye data sendt af terminalnoden. Hvis der er, transmitteres dataene direkte til MCU'en i kontrolcentret. Bestem, om kontrolcentrets MCU har modtaget instruktioner, og hvis det er tilfældet, send instruktionerne til den tilsvarende ZigBee-terminalnode; vurder, om sikkerheden er åben, og om der er en indbrudstyv, og hvis det er tilfældet, send alarmoplysningerne til kontrolcentrets MCU; vurder, om lyset er i automatisk styringstilstand, og hvis det er tilfældet, tændes analog-til-digital-konverteren for sampling. Samplingværdien er nøglen til at tænde eller slukke lyset. Hvis lysets tilstand ændres, transmitteres den nye tilstandsinformation til kontrolcentrets MC-U.
3.2 ZigBee Terminal Node Programmering
ZigBee-terminalnoden refererer til den trådløse ZigBee-node, der styres af ZigBee-koordinatoren. I systemet fungerer den primært som overvågningsnode og kan eventuelt tilføjes en husholdningsapparatcontroller. Initialisering af ZigBee-terminalnoder inkluderer også initialisering af applikationslaget, åbning af afbrydelser og initialisering af I/O-porte. Prøv derefter at oprette forbindelse til ZigBee-netværket. Det er vigtigt at bemærke, at kun slutnoder med ZigBee-koordinatoropsætning har tilladelse til at oprette forbindelse til netværket. Hvis ZigBee-terminalnoden ikke opretter forbindelse til netværket, vil den forsøge igen hvert andet sekund, indtil den opretter forbindelse til netværket. Efter at have oprettet forbindelse til netværket sender ZI-Gbee-terminalnoden sine registreringsoplysninger til ZigBee-koordinatoren, som derefter videresender dem til kontrolcentrets MCU for at fuldføre registreringen af ZigBee-terminalnoden. Hvis ZigBee-terminalnoden er en overvågningsnode, kan den styre belysning og sikkerhed. Programmet ligner ZigBee-koordinatoren, bortset fra at overvågningsnoden skal sende data til ZigBee-koordinatoren, og derefter sender ZigBee-koordinatoren data til kontrolcentrets MCU. Hvis ZigBee-terminalnoden er en elektrisk ventilatorcontroller, behøver den kun at modtage data fra den øvre computer uden at uploade tilstanden, så dens kontrol kan udføres direkte ved afbrydelse af den trådløse datamodtagelse. Ved afbrydelse af den trådløse datamodtagelse oversætter alle terminalnoder de modtagne kontrolinstruktioner til selve nodens kontrolparametre og behandler ikke de modtagne trådløse instruktioner i nodens hovedprogram.
4 Online fejlfinding
Den stigende instruktion for instruktionskoden for fast udstyr udstedt af det centrale kontrolsystem sendes til MCU'en i kontrolcentret via computerens serielle port, og til koordinatoren via to-linjers grænseflade, og derefter til ZigBee-terminalnoden af koordinatoren. Når terminalnoden modtager dataene, sendes dataene igen til pc'en via den serielle port. På denne pc sammenlignes de data, der modtages af ZigBee-terminalnoden, med de data, der sendes af kontrolcentret. Det centrale kontrolsystem sender 2 instruktioner hvert sekund. Efter 5 timers test stopper testsoftwaren, når den viser, at det samlede antal modtagne pakker er 36.000 pakker. Testresultaterne for multiprotokol-datatransmissionstestsoftwaren er vist i figur 6. Antallet af korrekte pakker er 36.000, antallet af forkerte pakker er 0, og nøjagtigheden er 100%.
ZigBee-teknologi bruges til at realisere det interne netværk i smart home, hvilket har fordelene ved praktisk fjernbetjening, fleksibel tilføjelse af nyt udstyr og pålidelig kontrolydelse. RFTD-teknologi bruges til at realisere brugeridentifikation og forbedre systemsikkerheden. Gennem adgang til GSM-modulet realiseres fjernbetjenings- og alarmfunktioner.
Opslagstidspunkt: 06. januar 2022