Una llar intel·ligent és una casa com a plataforma que utilitza tecnologia de cablejat integrat, tecnologia de comunicació en xarxa, tecnologia de seguretat, tecnologia de control automàtic i tecnologia d'àudio i vídeo per integrar les instal·lacions relacionades amb la vida domèstica, programar la construcció d'instal·lacions residencials eficients i sistemes de gestió d'assumptes familiars, millorar la seguretat, la comoditat, l'art i aconseguir la protecció del medi ambient i l'estalvi d'energia en l'entorn vital. Basant-se en la darrera definició de llar intel·ligent, referint-se a les característiques de la tecnologia ZigBee, el disseny d'aquest sistema, el necessari inclou un sistema de llar intel·ligent (sistema de control central de llar intel·ligent, sistema de control d'il·luminació domèstica, sistemes de seguretat domèstica), sobre la base de la unió del sistema de cablejat domèstic, el sistema de xarxa domèstica, el sistema de música de fons i el sistema de control de l'entorn familiar. Basant-se en l'afirmació que viu en la intel·ligència, només s'instal·len tots els sistemes necessaris completament, i el sistema domèstic que instal·la almenys un sistema opcional d'un tipus o superior pot anomenar-se intel·ligència. Per tant, aquest sistema es pot anomenar llar intel·ligent.
1. Esquema de disseny del sistema
El sistema està compost per dispositius controlats i dispositius de control remot a la llar. Entre ells, els dispositius controlats a la família inclouen principalment l'ordinador que pot accedir a Internet, el centre de control, el node de monitorització i el controlador dels electrodomèstics que es poden afegir. Els dispositius de control remot estan compostos principalment per ordinadors remots i telèfons mòbils.
Les funcions principals del sistema són: 1) navegació per la pàgina principal de la pàgina web i gestió d'informació de fons; 2) Control per commutació d'electrodomèstics interiors, seguretat i il·luminació a través d'Internet i telèfon mòbil; 3) Identificació de l'usuari mitjançant el mòdul RFID, per tal de completar el canvi d'estat de seguretat interior i, en cas de robatori, enviar una alarma per SMS a l'usuari; 4) Control local i visualització de l'estat de la il·luminació interior i els electrodomèstics mitjançant el programari del sistema de gestió de control central; 5) L'emmagatzematge d'informació personal i l'emmagatzematge de l'estat dels equips interiors es realitzen mitjançant la base de dades. És convenient que els usuaris consultin l'estat dels equips interiors a través del sistema de control i gestió central.
2. Disseny del maquinari del sistema
El disseny del maquinari del sistema inclou el disseny del centre de control, el node de monitorització i l'addició opcional del controlador d'electrodomèstics (prenem com a exemple el controlador del ventilador elèctric).
2.1 El centre de control
Les funcions principals del centre de control són les següents: 1) Construir una xarxa sense fil ZigBee, afegir tots els nodes de monitorització a la xarxa i realitzar la recepció de nous equips; 2) Identificació de l'usuari, l'usuari a casa o de tornada a través de la targeta d'usuari per aconseguir un interruptor de seguretat interior; 3) Quan un lladre entra a l'habitació, enviar un missatge curt a l'usuari per alarmar. Els usuaris també poden controlar la seguretat interior, la il·luminació i els electrodomèstics mitjançant missatges curts; 4) Quan el sistema funciona sol, la pantalla LCD mostra l'estat actual del sistema, cosa que és convenient per als usuaris visualitzar; 5) Emmagatzemar l'estat dels equips elèctrics i enviar-lo a l'ordinador per realitzar el sistema en línia.
El maquinari admet accés múltiple per detecció de portadora/detecció de col·lisions (CSMA/CA). El voltatge de funcionament de 2.0 ~ 3.6V afavoreix un baix consum d'energia del sistema. Configureu una xarxa en estrella sense fil ZigBee en interiors connectant-vos al mòdul coordinador ZigBee del centre de control. I tots els nodes de monitorització, seleccionats per afegir el controlador d'electrodomèstics com a node terminal de la xarxa, s'uneixen a la xarxa, per tal de realitzar el control de xarxa sense fil ZigBee de la seguretat interior i els electrodomèstics.
2.2 Nodes de monitorització
Les funcions del node de monitorització són les següents: 1) detecció de senyals del cos humà, alarma sonora i lluminosa quan els lladres envaeixen; 2) control de la il·luminació, el mode de control es divideix en control automàtic i control manual, el control automàtic s'encén/apaga la llum automàticament segons la intensitat de la llum interior, el control manual de la il·luminació es fa a través del sistema de control central, (3) la informació de l'alarma i altra informació s'envia al centre de control i rep ordres de control del centre de control per completar el control de l'equip.
El mode de detecció d'infrarojos més microones és la manera més comuna de detecció de senyals del cos humà. La sonda d'infrarojos piroelèctrica és RE200B i el dispositiu d'amplificació és BISS0001. RE200B funciona amb un voltatge de 3-10 V i té un element infraroig piroelèctric de doble sensibilitat integrat. Quan l'element rep llum infraroja, l'efecte fotoelèctric es produirà als pols de cada element i la càrrega s'acumularà. BISS0001 és un circuit integrat híbrid (ASIC) híbrid digital-analògic compost per un amplificador operacional, un comparador de voltatge, un controlador d'estat, un temporitzador de temps de retard i un temporitzador de temps de bloqueig. Juntament amb RE200B i alguns components, es pot formar l'interruptor d'infrarojos piroelèctric passiu. El mòdul Ant-g100 es va utilitzar per al sensor de microones, la freqüència central era de 10 GHz i el temps d'establiment màxim era de 6 μs. Combinat amb el mòdul d'infrarojos piroelèctric, la taxa d'error de detecció d'objectius es pot reduir eficaçment.
El mòdul de control de llum està compost principalment per una resistència fotosensible i un relé de control de llum. Connecteu la resistència fotosensible en sèrie amb la resistència ajustable de 10 K ω, després connecteu l'altre extrem de la resistència fotosensible a terra i connecteu l'altre extrem de la resistència ajustable al nivell alt. El valor de la tensió dels dos punts de connexió de resistència s'obté mitjançant el convertidor analògic-digital SCM per determinar si la llum actual està encesa. L'usuari pot ajustar la resistència ajustable per adaptar-se a la intensitat de la llum quan la llum s'acaba d'encendre. Els interruptors d'il·luminació interior es controlen mitjançant relés. Només es pot aconseguir un port d'entrada/sortida.
2.3 Seleccioneu el controlador d'electrodomèstics afegit
Trieu afegir el control dels electrodomèstics principalment segons la funció del dispositiu per aconseguir el control del dispositiu, prenent com a exemple el ventilador elèctric. El control del ventilador és el centre de control que s'enviarà a través de les instruccions de control del ventilador del PC al controlador del ventilador elèctric a través de la implementació de la xarxa ZigBee. El número d'identificació dels diferents electrodomèstics és diferent. Per exemple, segons les disposicions d'aquest acord, el número d'identificació del ventilador és 122 i el número d'identificació del televisor en color domèstic és 123, cosa que permet reconèixer diferents centres de control d'electrodomèstics. Amb el mateix codi d'instrucció, diferents electrodomèstics realitzen funcions diferents. La figura 4 mostra la composició dels electrodomèstics seleccionats per a l'addició.
3. Disseny de programari de sistema
El disseny del programari del sistema inclou principalment sis parts, que són el disseny de la pàgina web de control remot, el disseny del sistema de gestió de control central, el disseny del programa del controlador principal del centre de control ATMegal28, el disseny del programa del coordinador CC2430, el disseny del programa del node de monitorització CC2430 i el disseny del programa de selecció i afegeix dispositius CC2430.
3.1 Disseny del programa de coordinació de ZigBee
El coordinador primer completa la inicialització de la capa d'aplicació, estableix l'estat de la capa d'aplicació i l'estat de recepció a inactiu, després activa les interrupcions globals i inicialitza el port d'E/S. A continuació, el coordinador comença a construir una xarxa en estrella sense fil. En el protocol, el coordinador selecciona automàticament la banda de 2,4 GHz, el nombre màxim de bits per segon és de 62.500, el PANID per defecte és de 0 × 1347, la profunditat màxima de la pila és de 5, el nombre màxim de bytes per enviament és de 93 i la velocitat de transmissió en bauds del port sèrie és de 57.600 bit/s. El TEMPORITZADOR SL0W genera 10 interrupcions per segon. Després que la xarxa ZigBee s'hagi establert correctament, el coordinador envia la seva adreça a l'MCU del centre de control. Aquí, l'MCU del centre de control identifica el coordinador ZigBee com a membre del node de monitorització i la seva adreça identificada és 0. El programa entra al bucle principal. Primer, determina si el node terminal ha enviat noves dades, si n'hi ha, les dades es transmeten directament a l'MCU del centre de control; Determinar si la MCU del centre de control té instruccions enviades, si és així, enviar les instruccions al node terminal ZigBee corresponent; Jutjar si la seguretat està oberta, si hi ha un lladre, si és així, enviar la informació d'alarma a la MCU del centre de control; Jutjar si la llum està en estat de control automàtic, si és així, engegar el convertidor analògic-digital per al mostreig, el valor de mostreig és la clau per encendre o apagar la llum, si l'estat de la llum canvia, la informació del nou estat es transmet a la MC-U del centre de control.
3.2 Programació de nodes terminals ZigBee
El node terminal ZigBee fa referència al node ZigBee sense fil controlat pel coordinador ZigBee. En el sistema, és principalment el node de monitorització i l'addició opcional d'un controlador d'electrodomèstics. La inicialització dels nodes terminals ZigBee també inclou la inicialització de la capa d'aplicació, l'obertura d'interrupcions i la inicialització de ports d'E/S. A continuació, intenteu unir-vos a la xarxa ZigBee. És important tenir en compte que només els nodes finals amb la configuració del coordinador ZigBee poden unir-se a la xarxa. Si el node terminal ZigBee no aconsegueix unir-se a la xarxa, ho tornarà a intentar cada dos segons fins que s'uneixi correctament a la xarxa. Després d'unir-se correctament a la xarxa, el node terminal ZI-Gbee envia la seva informació de registre al coordinador ZigBee, que després la reenvia a la MCU del centre de control per completar el registre del node terminal ZigBee. Si el node terminal ZigBee és un node de monitorització, pot realitzar el control de la il·luminació i la seguretat. El programa és similar al coordinador ZigBee, excepte que el node de monitorització ha d'enviar dades al coordinador ZigBee i, a continuació, el coordinador ZigBee envia dades a la MCU del centre de control. Si el node terminal ZigBee és un controlador de ventilador elèctric, només ha de rebre les dades de l'ordinador superior sense carregar l'estat, de manera que el seu control es pot completar directament en la interrupció de la recepció de dades sense fil. En la interrupció de la recepció de dades sense fil, tots els nodes terminals tradueixen les instruccions de control rebudes als paràmetres de control del propi node i no processen les instruccions sense fil rebudes al programa principal del node.
4 Depuració en línia
La instrucció creixent per al codi d'instruccions de l'equip fix emesa pel sistema central de gestió de control s'envia a la MCU del centre de control a través del port sèrie de l'ordinador, i al coordinador a través de la interfície de dues línies, i després al node terminal ZigBee pel coordinador. Quan el node terminal rep les dades, les dades s'envien de nou al PC a través del port sèrie. En aquest PC, les dades rebudes pel node terminal ZigBee es comparen amb les dades enviades pel centre de control. El sistema central de gestió de control envia 2 instruccions cada segon. Després de 5 hores de proves, el programari de prova s'atura quan mostra que el nombre total de paquets rebuts és de 36.000 paquets. Els resultats de les proves del programari de prova de transmissió de dades multiprotocol es mostren a la Figura 6. El nombre de paquets correctes és de 36.000, el nombre de paquets incorrectes és de 0 i la taxa de precisió és del 100%.
La tecnologia ZigBee s'utilitza per aconseguir la xarxa interna de la llar intel·ligent, que té els avantatges d'un control remot convenient, l'addició flexible de nous equips i un rendiment de control fiable. La tecnologia RFTD s'utilitza per aconseguir la identificació de l'usuari i millorar la seguretat del sistema. Mitjançant l'accés al mòdul GSM, es realitzen les funcions de control remot i alarma.
Data de publicació: 06-01-2022