Unha casa intelixente é unha casa como plataforma que utiliza tecnoloxía de cableado integrado, tecnoloxía de comunicación en rede, tecnoloxía de seguridade, tecnoloxía de control automático e tecnoloxía de audio e vídeo para integrar as instalacións relacionadas coa vida familiar, programar a construción de instalacións residenciais eficientes e sistemas de xestión de asuntos familiares, mellorar a seguridade, a comodidade, a arte e lograr a protección ambiental e o aforro de enerxía no ambiente de vida. Baseándose na definición máis recente de casa intelixente, en referencia ás características da tecnoloxía ZigBee, o deseño deste sistema inclúe o necesario nun sistema de casa intelixente (sistema de control central para casas intelixentes, sistema de control de iluminación doméstica, sistemas de seguridade doméstica), baseándose na unión do sistema de cableado doméstico, o sistema de rede doméstica, o sistema de música de fondo e o sistema de control do ambiente familiar. Afirmando que reside na intelixencia, instaláronse todos os sistemas necesarios por completo e o sistema doméstico que instale un sistema opcional dun tipo ou superior pode chamarse intelixencia. Polo tanto, este sistema pódese denominar casa intelixente.
1. Esquema de deseño do sistema
O sistema está composto por dispositivos controlados e dispositivos de control remoto no fogar. Entre eles, os dispositivos controlados na familia inclúen principalmente o ordenador que pode acceder a Internet, o centro de control, o nodo de monitorización e o controlador de electrodomésticos que se poden engadir. Os dispositivos de control remoto están compostos principalmente por ordenadores remotos e teléfonos móbiles.
As principais funcións do sistema son: 1) navegación pola páxina principal da páxina web e xestión da información de fondo; 2) control por interruptor de electrodomésticos, seguridade e iluminación interiores a través de Internet e teléfono móbil; 3) identificación do usuario mediante o módulo RFID, para completar o cambio de estado de seguridade interior e, en caso de roubo, enviar unha alarma por SMS ao usuario; 4) control local e visualización do estado da iluminación interior e dos electrodomésticos mediante o software do sistema de xestión de control central; 5) almacenamento de información persoal e almacenamento do estado dos equipos interiores mediante a base de datos. É conveniente que os usuarios consulten o estado dos equipos interiores a través do sistema de xestión e control central.
2. Deseño de hardware do sistema
O deseño do hardware do sistema inclúe o deseño do centro de control, o nodo de monitorización e a adición opcional do controlador do electrodoméstico (tomemos como exemplo o controlador do ventilador eléctrico).
2.1 O Centro de Control
As principais funcións do centro de control son as seguintes: 1) Construír unha rede ZigBee sen fíos, engadir todos os nodos de monitorización á rede e realizar a recepción de novos equipos; 2) Identificación do usuario, o usuario na casa ou de volta a través da tarxeta de usuario para lograr o interruptor de seguridade interior; 3) Cando un ladrón entra na habitación, enviar unha mensaxe curta ao usuario para alarmar. Os usuarios tamén poden controlar a seguridade interior, a iluminación e os electrodomésticos mediante mensaxes curtas; 4) Cando o sistema funciona só, a pantalla LCD mostra o estado actual do sistema, o que é cómodo para os usuarios ver; 5) Almacenar o estado dos equipos eléctricos e envialo ao PC para realizar o sistema en liña.
O hardware admite acceso múltiple por detección de portadora/detección de colisións (CSMA/CA). A tensión de funcionamento de 2,0 ~ 3,6 V favorece un baixo consumo de enerxía do sistema. Configure unha rede en estrela ZigBee sen fíos en interiores conectándoa ao módulo coordinador ZigBee no centro de control. E todos os nodos de monitorización, seleccionados para engadir o controlador de electrodomésticos como o nodo terminal da rede, únense á rede para realizar o control da rede sen fíos ZigBee da seguridade interior e dos electrodomésticos.
2.2 Nodos de monitorización
As funcións do nodo de monitorización son as seguintes: 1) detección de sinais do corpo humano, alarma sonora e luminosa cando os ladróns invaden; 2) control da iluminación, o modo de control divídese en control automático e control manual, o control automático acende/apaga a luz automaticamente segundo a intensidade da luz interior, o control manual da iluminación realízase a través do sistema de control central, (3) a información da alarma e outra información envíase ao centro de control e recibe comandos de control do centro de control para completar o control do equipo.
O modo de detección de infravermellos máis microondas é o método máis común na detección de sinais do corpo humano. A sonda infravermella piroeléctrica é RE200B e o dispositivo de amplificación é BISS0001. RE200B funciona cunha tensión de 3-10 V e ten un elemento infravermello piroeléctrico de dobre sensibilidade integrado. Cando o elemento recibe luz infravermella, o efecto fotoeléctrico producirase nos polos de cada elemento e a carga acumularase. BISS0001 é un circuíto integrado híbrido dixital-analóxico composto por un amplificador operacional, un comparador de tensión, un controlador de estado, un temporizador de retardo e un temporizador de bloqueo. Xunto con RE200B e algúns compoñentes, pódese formar o interruptor infravermello piroeléctrico pasivo. Utilizouse o módulo Ant-g100 para o sensor de microondas, a frecuencia central foi de 10 GHz e o tempo de establecemento máximo foi de 6 μs. Combinado co módulo infravermello piroeléctrico, a taxa de erro da detección de obxectivos pódese reducir eficazmente.
O módulo de control de luz está composto principalmente por unha resistencia fotosensible e un relé de control de luz. Conecte a resistencia fotosensible en serie coa resistencia axustable de 10 K ω, logo conecte o outro extremo da resistencia fotosensible á terra e conecte o outro extremo da resistencia axustable ao nivel alto. O valor da tensión dos dous puntos de conexión da resistencia obtense a través do conversor analóxico-dixital SCM para determinar se a luz actual está acesa. O usuario pode axustar a resistencia axustable para adaptarse á intensidade da luz cando a luz acaba de acenderse. Os interruptores de iluminación interior contrólanse mediante relés. Só se pode conseguir un porto de entrada/saída.
2.3 Seleccionar o controlador de electrodomésticos engadido
Escolla engadir o control dos electrodomésticos principalmente segundo a función do dispositivo para lograr o control do dispositivo, tomando como exemplo o ventilador eléctrico. O control do ventilador é o centro de control que se enviará mediante instrucións de control do ventilador do PC ao controlador do ventilador eléctrico a través da implementación da rede ZigBee; o número de identificación dos diferentes electrodomésticos é diferente. Por exemplo, segundo as disposicións deste acordo, o número de identificación do ventilador é 122 e o número de identificación da televisión en cor doméstica é 123, o que permite o recoñecemento dos diferentes centros de control de electrodomésticos. Para o mesmo código de instrución, os diferentes electrodomésticos realizan diferentes funcións. A figura 4 mostra a composición dos electrodomésticos seleccionados para a adición.
3. Deseño de software de sistema
O deseño do software do sistema inclúe principalmente seis partes, que son o deseño da páxina web de control remoto, o deseño do sistema de xestión de control central, o deseño do programa do controlador principal do centro de control ATMegal28, o deseño do programa do coordinador CC2430, o deseño do programa do nó de monitorización CC2430 e o deseño do programa de selección e engadimento de dispositivos CC2430.
3.1 Deseño do programa de coordinación de ZigBee
O coordinador primeiro completa a inicialización da capa de aplicación, establece o estado da capa de aplicación e o estado de recepción en inactivo, logo activa as interrupcións globais e inicializa o porto de E/S. O coordinador comeza entón a construír unha rede en estrela sen fíos. No protocolo, o coordinador selecciona automaticamente a banda de 2,4 GHz, o número máximo de bits por segundo é de 62 500, o PANID predeterminado é 0 × 1347, a profundidade máxima da pila é de 5, o número máximo de bytes por envío é de 93 e a velocidade en baudios do porto serie é de 57 600 bit/s. O TEMPORIZADOR SL0W xera 10 interrupcións por segundo. Unha vez establecida correctamente a rede ZigBee, o coordinador envía o seu enderezo á MCU do centro de control. Aquí, a MCU do centro de control identifica o Coordinador ZigBee como membro do nodo de monitorización e o seu enderezo identificado é 0. O programa entra no bucle principal. Primeiro, determina se hai novos datos enviados polo nodo terminal; se os hai, os datos transmítense directamente á MCU do centro de control; Determinar se a MCU do centro de control ten instrucións enviadas, se é así, enviar as instrucións ao nodo terminal ZigBee correspondente; avaliar se a seguridade está aberta, se hai algún roubo, se é así, enviar a información de alarma á MCU do centro de control; avaliar se a luz está en estado de control automático, se é así, activar o conversor analóxico-dixital para a mostraxe, o valor de mostraxe é a clave para acender ou apagar a luz, se o estado da luz cambia, a información do novo estado transmítese á MC-U do centro de control.
3.2 Programación de nodos terminais ZigBee
O nodo terminal ZigBee refírese ao nodo ZigBee sen fíos controlado polo coordinador ZigBee. No sistema, é principalmente o nodo de monitorización e a adición opcional dun controlador de electrodomésticos. A inicialización dos nodos terminais ZigBee tamén inclúe a inicialización da capa de aplicación, a apertura de interrupcións e a inicialización de portos de E/S. Despois, intente unirse á rede ZigBee. É importante ter en conta que só os nodos finais coa configuración do coordinador ZigBee poden unirse á rede. Se o nodo terminal ZigBee non consegue unirse á rede, volverá intentalo cada dous segundos ata que se una correctamente á rede. Despois de unirse á rede correctamente, o nodo terminal ZI-Gbee envía a súa información de rexistro ao coordinador ZigBee, que logo a reenvía á MCU do centro de control para completar o rexistro do nodo terminal ZigBee. Se o nodo terminal ZigBee é un nodo de monitorización, pode realizar o control da iluminación e a seguridade. O programa é similar ao coordinador ZigBee, agás que o nodo de monitorización necesita enviar datos ao coordinador ZigBee e, a continuación, o coordinador ZigBee envía datos á MCU do centro de control. Se o nodo terminal ZigBee é un controlador de ventilador eléctrico, só necesita recibir os datos do ordenador superior sen cargar o estado, polo que o seu control pode completarse directamente na interrupción da recepción de datos inalámbricos. Na interrupción da recepción de datos inalámbricos, todos os nodos terminais traducen as instrucións de control recibidas nos parámetros de control do propio nodo e non procesan as instrucións inalámbricas recibidas no programa principal do nodo.
4 Depuración en liña
A instrución crecente para o código de instrución do equipo fixo emitida polo sistema central de xestión de control envíase á MCU do centro de control a través do porto serie do ordenador, e ao coordinador a través da interface de dúas liñas, e despois ao nodo terminal ZigBee polo coordinador. Cando o nodo terminal recibe os datos, estes envíanse de novo ao PC a través do porto serie. Neste PC, os datos recibidos polo nodo terminal ZigBee compáranse cos datos enviados polo centro de control. O sistema central de xestión de control envía 2 instrucións cada segundo. Despois de 5 horas de probas, o software de probas detense cando mostra que o número total de paquetes recibidos é de 36.000 paquetes. Os resultados das probas do software de probas de transmisión de datos multiprotocolo móstranse na Figura 6. O número de paquetes correctos é de 36.000, o número de paquetes incorrectos é de 0 e a taxa de precisión é do 100 %.
A tecnoloxía ZigBee utilízase para realizar a rede interna da casa intelixente, que ten as vantaxes dun control remoto cómodo, a adición flexible de novos equipos e un rendemento de control fiable. A tecnoloxía RFTD utilízase para realizar a identificación do usuario e mellorar a seguridade do sistema. Mediante o acceso ao módulo GSM, realízanse as funcións de control remoto e alarma.
Data de publicación: 06-01-2022