Išmanieji namai – tai namas kaip platforma, kurioje naudojama integruota laidų technologija, tinklo ryšio technologija, apsaugos technologija, automatinio valdymo technologija, garso ir vaizdo technologija, siekiant integruoti su namų gyvenimu susijusius įrenginius, suplanuoti efektyvių gyvenamųjų patalpų ir šeimos reikalų valdymo sistemų statybą, pagerinti namų saugumą, patogumą, komfortą, meniškumą ir įgyvendinti aplinkos apsaugą bei energiją taupančią gyvenamąją aplinką. Remiantis naujausiu išmaniųjų namų apibrėžimu, atsižvelgiant į „ZigBee“ technologijos charakteristikas, šios sistemos projektavimas apima išmaniųjų namų sistemą (išmaniųjų namų (centrinę) valdymo sistemą, namų apšvietimo valdymo sistemą, namų apsaugos sistemas), pagrįstą sujungta namų laidų sistema, namų tinklo sistema, foninės muzikos sistema ir šeimos aplinkos valdymo sistema. Remiantis teiginiu, kad išmaniuosiuose namuose yra įdiegta tik visa reikalinga sistema, o namų sistema, kurioje įdiegta bent vienos rūšies ar aukštesnė sistema, gali būti vadinama išmaniaisiais namais. Todėl šią sistemą galima vadinti išmaniaisiais namais.
1. Sistemos projektavimo schema
Sistemą sudaro valdomi įrenginiai ir nuotolinio valdymo įrenginiai namuose. Tarp jų daugiausia yra kompiuteriai, galintys prisijungti prie interneto, valdymo centras, stebėjimo mazgas ir pridedamų buitinių prietaisų valdikliai. Nuotolinio valdymo įrenginius daugiausia sudaro nuotoliniai kompiuteriai ir mobilieji telefonai.
Pagrindinės sistemos funkcijos: 1) tinklalapio naršymas, foninės informacijos valdymas; 2) patalpų buitinių prietaisų, apsaugos ir apšvietimo jungiklių valdymas internetu ir mobiliuoju telefonu; 3) naudotojo identifikavimas naudojant RFID modulį, siekiant užbaigti patalpų apsaugos būsenos perjungimą vagystės atveju, perduodant vartotojui SMS žinutę; 4) vietinis patalpų apšvietimo ir buitinių prietaisų valdymas ir būsenos rodymas naudojant centrinės valdymo sistemos programinę įrangą; 5) asmeninės informacijos ir patalpų įrangos būsenos saugojimas atliekamas naudojant duomenų bazę. Vartotojams patogu pateikti užklausą apie patalpų įrangos būseną per centrinę valdymo ir valdymo sistemą.
2. Sistemos aparatinės įrangos projektavimas
Sistemos aparatinės įrangos projektas apima valdymo centro, stebėjimo mazgo ir pasirenkamo buitinės technikos valdiklio (pvz., elektrinio ventiliatoriaus valdiklio) projektavimą.
2.1 Valdymo centras
Pagrindinės valdymo centro funkcijos yra šios: 1) Sukurti belaidį „ZigBee“ tinklą, pridėti visus stebėjimo mazgus prie tinklo ir realizuoti naujos įrangos priėmimą; 2) Vartotojo identifikavimas, nurodant, ar vartotojas yra namuose, ar už jo ribų, naudojant vartotojo kortelę, kad būtų įjungtas patalpų apsaugos jungiklis; 3) Kai įsilaužėlis įsiveržia į kambarį, išsiųsti vartotojui trumpą pranešimą, kad būtų įjungta signalizacija. Vartotojai taip pat gali valdyti patalpų apsaugą, apšvietimą ir buitinius prietaisus trumpaisiais pranešimais; 4) Kai sistema veikia atskirai, LCD ekrane rodoma dabartinė sistemos būsena, kurią vartotojams patogu peržiūrėti; 5) Išsaugoti elektros įrangos būseną ir nusiųsti ją į kompiuterį, kad sistema būtų įjungta į internetą.
Aparatinė įranga palaiko „Carrier sense“ daugialypę prieigą / susidūrimų aptikimą (CSMA/CA). 2,0–3,6 V darbinė įtampa užtikrina mažas sistemos energijos sąnaudas. Prijungę prie valdymo centre esančio „ZigBee“ koordinatoriaus modulio, sukurkite belaidį „ZigBee“ žvaigždės formos tinklą patalpose. Visi stebėjimo mazgai pasirinkti taip, kad buitinės technikos valdiklis būtų pridėtas kaip tinklo terminalinis mazgas, ir būtų galima belaidžiu „ZigBee“ tinklu valdyti patalpų apsaugos ir buitinius prietaisus.
2.2 Stebėjimo mazgai
Stebėjimo mazgo funkcijos yra šios: 1) žmogaus kūno signalo aptikimas, garso ir šviesos signalizacija, kai vagys įsiveržia; 2) apšvietimo valdymas, valdymo režimai skirstomi į automatinį valdymą ir rankinį valdymą, automatinis valdymas automatiškai įjungia/išjungia šviesą pagal patalpos apšvietimo stiprumą, rankinis apšvietimo valdymas vyksta per centrinę valdymo sistemą, (3) signalizacijos informacija ir kita informacija siunčiama į valdymo centrą ir gaunamos valdymo komandos iš valdymo centro, kad būtų galima valdyti įrangą.
Infraraudonųjų spindulių ir mikrobangų aptikimo režimas yra labiausiai paplitęs būdas aptikti žmogaus kūno signalus. Piroelektrinis infraraudonųjų spindulių zondas yra RE200B, o stiprinimo įtaisas – BISS0001. RE200B maitinamas 3–10 V įtampa ir turi įmontuotą piroelektrinį dvigubo jautrumo infraraudonųjų spindulių elementą. Kai elementas gauna infraraudonąją šviesą, kiekvieno elemento poliuose atsiranda fotoelektrinis efektas ir kaupiasi krūvis. BISS0001 yra skaitmeninis-analoginis hibridinis ASIC, sudarytas iš operacinio stiprintuvo, įtampos lygintuvo, būsenos valdiklio, uždelsimo laiko laikmačio ir blokavimo laiko laikmačio. Kartu su RE200B ir keliais komponentais galima suformuoti pasyvųjį piroelektrinį infraraudonųjų spindulių jungiklį. Mikrobangų jutikliui buvo naudojamas „Ant-g100“ modulis, kurio centrinis dažnis buvo 10 GHz, o maksimalus nustatymo laikas – 6 μs. Kartu su piroelektriniu infraraudonųjų spindulių moduliu galima efektyviai sumažinti taikinio aptikimo klaidų lygį.
Šviesos valdymo modulį daugiausia sudaro šviesai jautrus rezistorius ir šviesos valdymo relė. Šviesai jautrų rezistorių sujunkite nuosekliai su 10 K ω reguliuojamu rezistoriumi, tada kitą šviesai jautraus rezistoriaus galą prijunkite prie žemės, o kitą reguliuojamo rezistoriaus galą prijunkite prie aukšto lygio įvado. Dviejų varžų prijungimo taškų įtampos vertė gaunama per SCM analoginį-skaitmeninį keitiklį, kad būtų galima nustatyti, ar įjungta dabartinė lemputė. Vartotojas gali reguliuoti reguliuojamą varžą, kad atitiktų šviesos intensyvumą, kai lemputė ką tik įjungta. Vidaus apšvietimo jungikliai valdomi relėmis. Galima pasiekti tik vieną įvesties/išvesties prievadą.
2.3 Pasirinkite pridėtą buitinės technikos valdiklį
Pasirinkite, ar pridėti buitinių prietaisų valdymą, daugiausia atsižvelgdami į įrenginio funkciją, pavyzdžiui, į elektrinį ventiliatorių. Ventiliatoriaus valdymas yra valdymo centras, kuris per „ZigBee“ tinklą siunčia kompiuterio ventiliatoriaus valdymo instrukcijas į elektrinio ventiliatoriaus valdiklį. Skirtingų prietaisų identifikaciniai numeriai skiriasi, pavyzdžiui, šios sutarties nuostatose ventiliatoriaus identifikacinis numeris yra 122, o spalvoto buitinio televizoriaus identifikacinis numeris – 123, todėl atpažįstami skirtingi elektriniai buitiniai prietaisai, valdantys valdymo centrus. Naudojant tą patį instrukcijų kodą, skirtingi buitiniai prietaisai atlieka skirtingas funkcijas. 4 paveiksle parodyta pasirinktų pridėti buitinių prietaisų sudėtis.
3. Sistemos programinės įrangos projektavimas
Sistemos programinės įrangos projektavimas daugiausia apima šešias dalis: nuotolinio valdymo tinklalapio dizainą, centrinės valdymo sistemos dizainą, valdymo centro pagrindinio valdiklio ATMegal28 programos dizainą, CC2430 koordinatoriaus programos dizainą, CC2430 stebėjimo mazgo programos dizainą ir CC2430 įrenginio pasirinkimo programos dizainą.
3.1 „ZigBee“ koordinatoriaus programos projektavimas
Koordinatorius pirmiausia užbaigia taikomojo lygio inicializavimą, nustato taikomojo lygio būseną ir priėmimo būseną į neveiklumo būseną, tada įjungia visuotinius pertraukimus ir inicijuoja įvesties/išvesties prievadą. Tada koordinatorius pradeda kurti belaidį žvaigždės formos tinklą. Protokole koordinatorius automatiškai pasirenka 2,4 GHz juostą, maksimalus bitų skaičius per sekundę yra 62 500, numatytasis PANID yra 0 × 1347, maksimalus steko gylis yra 5, maksimalus baitų skaičius vienam siuntimui yra 93, o nuosekliojo prievado duomenų perdavimo sparta yra 57 600 bitų/s. SL0W TIMER generuoja 10 pertraukimų per sekundę. Sėkmingai užmezgus „ZigBee“ tinklą, koordinatorius siunčia savo adresą valdymo centro MCU. Čia valdymo centro MCU identifikuoja „ZigBee“ koordinatorių kaip stebėjimo mazgo narį, o jo identifikuotas adresas yra 0. Programa patenka į pagrindinę kilpą. Pirmiausia nustatoma, ar terminalo mazgas atsiuntė naujų duomenų, jei yra, duomenys tiesiogiai perduodami valdymo centro MCU; Nustatykite, ar valdymo centro MCU yra išsiųstos instrukcijos, jei taip, nusiųskite instrukcijas atitinkamam „ZigBee“ terminalo mazgui; įvertinkite, ar apsauga atidaryta, ar yra įsilaužėlis, jei taip, nusiųskite aliarmo informaciją valdymo centro MCU; įvertinkite, ar šviesa yra automatinio valdymo būsenoje, jei taip, įjunkite analoginį-skaitmeninį keitiklį atrankai, atrankos vertė yra raktas įjungti arba išjungti šviesą, jei šviesos būsena pasikeičia, naujos būsenos informacija perduodama valdymo centrui MC-U.
3.2 „ZigBee“ terminalo mazgo programavimas
„ZigBee“ terminalo mazgas reiškia belaidį „ZigBee“ mazgą, kurį valdo „ZigBee“ koordinatorius. Sistemoje tai daugiausia stebėjimo mazgas ir pasirenkamas buitinių prietaisų valdiklis. „ZigBee“ terminalo mazgų inicijavimas taip pat apima programos lygmens inicijavimą, pertraukimų atidarymą ir įvesties/išvesties prievadų inicijavimą. Tada pabandykite prisijungti prie „ZigBee“ tinklo. Svarbu atkreipti dėmesį, kad prie tinklo leidžiama prisijungti tik tiems galiniams mazgams, kuriuose įdiegtas „ZigBee“ koordinatorius. Jei „ZigBee“ terminalo mazgui nepavyksta prisijungti prie tinklo, jis bandys dar kartą kas dvi sekundes, kol sėkmingai prisijungs. Sėkmingai prisijungęs prie tinklo, „ZI-Gbee“ terminalo mazgas siunčia savo registracijos informaciją „ZigBee“ koordinatoriui, kuris tada persiunčia ją valdymo centro MCU, kad užbaigtų „ZigBee“ terminalo mazgo registraciją. Jei „ZigBee“ terminalo mazgas yra stebėjimo mazgas, jis gali valdyti apšvietimą ir apsaugą. Programa panaši į „ZigBee“ koordinatoriaus, išskyrus tai, kad stebėjimo mazgas turi siųsti duomenis „ZigBee“ koordinatoriui, o tada „ZigBee“ koordinatorius siunčia duomenis valdymo centro MCU. Jei „ZigBee“ terminalo mazgas yra elektrinio ventiliatoriaus valdiklis, jam tereikia gauti viršutinio kompiuterio duomenis, neįkeliant būsenos, todėl jo valdymas gali būti atliekamas tiesiogiai nutraukus belaidžio ryšio duomenų priėmimą. Nutraukus belaidžio ryšio duomenų priėmimą, visi terminalo mazgai gautas valdymo instrukcijas paverčia paties mazgo valdymo parametrais ir neapdoroja gautų belaidžių instrukcijų pagrindinėje mazgo programoje.
4 Derinimas internetu
Centrinės valdymo sistemos išduota didėjanti stacionarios įrangos instrukcijų kodo instrukcija siunčiama į valdymo centro MCU per kompiuterio nuoseklųjį prievadą, koordinatoriui – per dviejų linijų sąsają, o tada koordinatoriaus – į „ZigBee“ terminalo mazgą. Kai terminalo mazgas gauna duomenis, jie vėl siunčiami į kompiuterį per nuoseklųjį prievadą. Šiame kompiuteryje „ZigBee“ terminalo mazgo gauti duomenys palyginami su valdymo centro siunčiamais duomenimis. Centrinė valdymo sistema siunčia 2 instrukcijas kas sekundę. Po 5 valandų bandymo testavimo programinė įranga sustoja, kai parodo, kad bendras gautų paketų skaičius yra 36 000 paketų. Daugiaprotokolės duomenų perdavimo testavimo programinės įrangos bandymo rezultatai pateikti 6 paveiksle. Teisingų paketų skaičius yra 36 000, neteisingų paketų skaičius – 0, o tikslumo rodiklis – 100 %.
„ZigBee“ technologija naudojama išmaniųjų namų vidiniam tinklui sukurti, o tai suteikia patogaus nuotolinio valdymo, lankstaus naujos įrangos pridėjimo ir patikimo valdymo pranašumų. RFTD technologija naudojama vartotojų identifikavimui ir sistemos saugumo gerinimui. Per GSM modulio prieigą įgyvendinamos nuotolinio valdymo ir signalizacijos funkcijos.
Įrašo laikas: 2022 m. sausio 6 d.