Smarta hem är ett hus som plattform, användningen av integrerad ledningsteknik, nätverkskommunikationsteknik, säkerhetsteknik, automatisk styrteknik, ljud- och videoteknik för att integrera hushållsrelaterade faciliteter, planera för att bygga effektiva bostadsanläggningar och system för hantering av familjeangelägenheter, förbättra hemsäkerheten, bekvämligheten, komforten, konstnärligheten och förverkliga miljöskydd och energibesparande livsmiljöer. Baserat på den senaste definitionen av smarta hem, hänvisar man till egenskaperna hos ZigBee-tekniken, designen av detta system, det nödvändiga i att inkludera ett smart hem-system (smart hem (centralt) styrsystem, hushållsbelysningsstyrsystem, hemlarmssystem), baserat på sammanfogade hushållskablagesystem, hemnätverkssystem, bakgrundsmusiksystem och familjemiljöstyrsystem. Med bekräftelse på att det lever i intelligens, installeras endast alla nödvändiga system fullständigt, och hushållssystem som installeras som valfria system av en typ eller högre kan kalla för intelligent lever i. Därför kan detta system kallas intelligent hem.
1. Systemdesignschema
Systemet består av styrda enheter och fjärrkontrollenheter i hemmet. Bland dem inkluderar de styrda enheterna i familjen huvudsakligen datorn som kan ansluta till internet, kontrollcentralen, övervakningsnoden och styrenheten för hushållsapparater som kan läggas till. Fjärrkontrollenheter består huvudsakligen av fjärrdatorer och mobiltelefoner.
Systemets huvudfunktioner är: 1) webbläsning på startsidan och hantering av bakgrundsinformation; 2) Kontroll av inomhusapparater, säkerhet och belysning via internet och mobiltelefon; 3) Användaridentifiering via RFID-modulen görs för att slutföra statusväxlingen för inomhussäkerheten och vid stöld skicka SMS-larm till användaren; 4) Lokal styrning och statusvisning av inomhusbelysning och hushållsapparater genomförs via programvaran för central styrning och hantering; 5) Personlig information och statuslagring av inomhusutrustning sker med hjälp av databasen. Det är bekvämt för användare att fråga efter statusen för inomhusutrustningen via det centrala styr- och hanteringssystemet.
2. Systemhårdvarudesign
Systemets hårdvarudesign inkluderar designen av styrcentralen, övervakningsnoden och det valfria tillägget av hushållsapparatens styrenhet (ta elfläktens styrenhet som ett exempel).
2.1 Kontrollcentralen
Kontrollcentralens huvudfunktioner är följande: 1) Att bygga ett trådlöst ZigBee-nätverk, lägga till alla övervakningsnoder i nätverket och ta emot ny utrustning; 2) Användaridentifiering, användaren hemma eller tillbaka via användarkortet för att uppnå inomhussäkerhetsbrytare; 3) När en inbrottstjuv tränger sig in i rummet, skicka ett kort meddelande till användaren för att larma. Användare kan också styra inomhussäkerhet, belysning och hushållsapparater via korta meddelanden; 4) När systemet körs ensamt visar LCD-skärmen den aktuella systemstatusen, vilket är bekvämt för användarna att se; 5) Lagra statusen för elektrisk utrustning och skicka den till en dator för att göra systemet online.
Hårdvaran stöder Carrier Sense multiple access/kollisionsdetektering (CSMA/CA). Driftspänningen på 2,0 ~ 3,6 V bidrar till systemets låga strömförbrukning. Konfigurera ett trådlöst ZigBee-stjärnnätverk inomhus genom att ansluta till ZigBee-koordinatormodulen i kontrollcentret. Och alla övervakningsnoder, utvalda för att lägga till hushållsapparatens styrenhet som terminalnod i nätverket för att ansluta till nätverket, för att realisera trådlös ZigBee-nätverkskontroll av inomhussäkerhet och hushållsapparater.
2.2 Övervakningsnoder
Övervakningsnodens funktioner är följande: 1) detektering av människokroppens signaler, ljud- och ljuslarm vid intrång; 2) belysningsstyrning, styrläget är indelat i automatisk styrning och manuell styrning, automatisk styrning slår på/av ljuset automatiskt beroende på ljusstyrkan inomhus, manuell styrning av belysningen sker via det centrala styrsystemet, (3) larminformation och annan information skickas till kontrollcentralen, och tar emot styrkommandon från kontrollcentralen för att slutföra utrustningsstyrningen.
Infrarött plus mikrovågsdetekteringsläge är det vanligaste sättet att detektera människokroppens signaler. Den pyroelektriska infraröda sonden är RE200B och förstärkarenheten är BISS0001. RE200B drivs av 3–10 V spänning och har ett inbyggt pyroelektriskt dubbelkänsligt infrarött element. När elementet tar emot infrarött ljus uppstår en fotoelektrisk effekt vid polerna på varje element och laddningen ackumuleras. BISS0001 är en digital-analog hybridkrets som består av en operationsförstärkare, spänningskomparator, tillståndsregulator, fördröjningstimer och blockeringstimer. Tillsammans med RE200B och några komponenter kan den passiva pyroelektriska infraröda omkopplaren bildas. Ant-g100-modulen användes för mikrovågssensorn, mittfrekvensen var 10 GHz och den maximala etableringstiden var 6 μs. Kombinerat med den pyroelektriska infraröda modulen kan felfrekvensen för måldetektering minskas effektivt.
Ljuskontrollmodulen består huvudsakligen av ett ljuskänsligt motstånd och ett ljuskontrollrelä. Anslut det ljuskänsliga motståndet i serie med det justerbara motståndet på 10 K ω, anslut sedan den andra änden av det ljuskänsliga motståndet till jord och anslut den andra änden av det justerbara motståndet till högnivåspänningen. Spänningsvärdet för de två motståndsanslutningspunkterna erhålls genom SCM analog-till-digital-omvandlaren för att avgöra om strömmen är tänd. Justerbart motstånd kan justeras av användaren för att möta ljusintensiteten när lampan precis är tänd. Inomhusbelysningens brytare styrs av reläer. Endast en ingångs-/utgångsport kan uppnås.
2.3 Välj den tillagda hushållsapparatens styrenhet
Välj att lägga till styrning av hushållsapparater huvudsakligen baserat på enhetens funktion för att uppnå enhetsstyrning, här till exempel den elektriska fläkten. Fläktstyrning är styrcentralen, då instruktioner för fläktstyrning från en PC skickas till den elektriska fläktstyrenheten via ett ZigBee-nätverk. Olika apparaters identifieringsnummer är olika. Till exempel är fläktens identifieringsnummer 122 enligt detta avtal, medan identifikationsnumret för färg-TV:n är 123, vilket möjliggör igenkänning av olika elektriska hushållsapparaters styrcentraler. För samma instruktionskod utför olika hushållsapparater olika funktioner. Figur 4 visar sammansättningen av de hushållsapparater som valts ut för tillägg.
3. Systemprogramvarudesign
Systemprogramvarudesignen omfattar huvudsakligen sex delar: design av webbsidor för fjärrstyrning, design av centralt styrsystem, design av ATMegal28-program för styrcentralens huvudstyrenhet, design av CC2430-koordinatorprogram, design av CC2430-övervakningsnodprogram och design av CC2430-program för att lägga till enheter.
3.1 ZigBee Coordinator-programmets utformning
Koordinatorn slutför först initialiseringen av applikationslagret, ställer in applikationslagrets tillstånd och mottagningstillståndet på viloläge, slår sedan på globala avbrott och initierar I/O-porten. Koordinatorn börjar sedan bygga ett trådlöst stjärnnätverk. I protokollet väljer koordinatorn automatiskt 2,4 GHz-bandet, det maximala antalet bitar per sekund är 62 500, standard PANID är 0 × 1347, det maximala stackdjupet är 5, det maximala antalet byte per sändning är 93 och serieportens baudhastighet är 57 600 bit/s. SL0W TIMER genererar 10 avbrott per sekund. Efter att ZigBee-nätverket har upprättats skickar koordinatorn sin adress till MCU i kontrollcentret. Här identifierar kontrollcentrets MCU ZigBee-koordinatorn som medlem i övervakningsnoden, och dess identifierade adress är 0. Programmet går in i huvudloopen. Först avgörs om det finns ny data som skickats av terminalnoden. Om det finns någon överförs data direkt till MCU i kontrollcentret. Avgör om kontrollcentralens MCU har fått instruktioner skickade ner, och i så fall skicka instruktionerna ner till motsvarande ZigBee-terminalnod; avgör om säkerheten är öppen, om det finns en inbrottstjuv, och i så fall skicka larminformationen till kontrollcentralens MCU; avgör om ljuset är i automatiskt styrt tillstånd, och i så fall slå på analog-till-digital-omvandlaren för sampling. Samplingsvärdet är nyckeln till att slå på eller av ljuset. Om ljusets tillstånd ändras överförs den nya tillståndsinformationen till kontrollcentralens MC-U.
3.2 ZigBee-terminalnodprogrammering
ZigBee-terminalnoden hänvisar till den trådlösa ZigBee-noden som styrs av ZigBee-koordinatorn. I systemet är den huvudsakligen övervakningsnoden och det valfria tillägget av en hushållsapparatstyrenhet. Initialisering av ZigBee-terminalnoder inkluderar även initialisering av applikationslagret, öppnande av avbrott och initialisering av I/O-portar. Försök sedan att ansluta till ZigBee-nätverket. Det är viktigt att notera att endast ändnoder med ZigBee-koordinatorkonfiguration får ansluta till nätverket. Om ZigBee-terminalnoden misslyckas med att ansluta till nätverket kommer den att försöka igen varannan sekund tills den ansluter till nätverket. Efter att ha anslutit till nätverket skickar ZI-Gbee-terminalnoden sin registreringsinformation till ZigBee-koordinatorn, som sedan vidarebefordrar den till kontrollcentrets MCU för att slutföra registreringen av ZigBee-terminalnoden. Om ZigBee-terminalnoden är en övervakningsnod kan den styra belysning och säkerhet. Programmet liknar ZigBee-koordinatorn, förutom att övervakningsnoden behöver skicka data till ZigBee-koordinatorn, och sedan skickar ZigBee-koordinatorn data till kontrollcentrets MCU. Om ZigBee-terminalnoden är en elektrisk fläktstyrenhet behöver den bara ta emot data från den övre datorn utan att ladda upp tillståndet, så att dess styrning kan slutföras direkt vid avbrott i den trådlösa datamottagningen. Vid avbrott i den trådlösa datamottagningen översätter alla terminalnoder de mottagna styrinstruktionerna till själva nodens styrparametrar och bearbetar inte de mottagna trådlösa instruktionerna i nodens huvudprogram.
4 Felsökning online
Den ökande instruktionen för instruktionskoden för fast utrustning som utfärdas av det centrala styrsystemet skickas till styrcentralens MCU via datorns serieport, och till koordinatorn via tvålinjersgränssnittet, och sedan till ZigBee-terminalnoden av koordinatorn. När terminalnoden tar emot data skickas data till datorn via serieporten igen. På denna dator jämförs data som tas emot av ZigBee-terminalnoden med data som skickats av styrcentralen. Det centrala styrsystemet skickar 2 instruktioner varje sekund. Efter 5 timmars testning stoppar testprogramvaran när den visar att det totala antalet mottagna paket är 36 000 paket. Testresultaten för testprogramvaran för dataöverföring med flera protokoll visas i figur 6. Antalet korrekta paket är 36 000, antalet felaktiga paket är 0 och noggrannheten är 100 %.
ZigBee-teknik används för att realisera intern nätverksuppkoppling i smarta hem, vilket har fördelarna med bekväm fjärrstyrning, flexibelt tillägg av ny utrustning och pålitlig styrprestanda. RFTD-teknik används för att realisera användaridentifiering och förbättra systemsäkerheten. Genom åtkomst till GSM-modulen realiseras fjärrstyrnings- och larmfunktioner.
Publiceringstid: 6 januari 2022