Een slim huis is een huis als platform, dat gebruikmaakt van geïntegreerde bedradingstechnologie, netwerkcommunicatietechnologie, beveiligingstechnologie, automatische besturingstechnologie, audio- en videotechnologie om de huishoudelijke voorzieningen te integreren, efficiënte woonvoorzieningen te bouwen en een systeem voor gezinsbeheer te ontwikkelen, de beveiliging, het gemak, het comfort en de artistieke aspecten van het huis te verbeteren en milieubescherming en een energiebesparende leefomgeving te realiseren. Gebaseerd op de nieuwste definitie van een slim huis, verwijzend naar de kenmerken van de ZigBee-technologie, het ontwerp van dit systeem, de noodzakelijke onderdelen die een slim huissysteem bevatten (een slim huis (centraal) besturingssysteem, een verlichtingssysteem voor thuis, een beveiligingssysteem voor thuis), op basis van een geïntegreerd huishoudelijk bedradingssysteem, thuisnetwerksysteem, achtergrondmuzieksysteem en gezinsomgevingssysteem. Vanuit de overtuiging dat intelligentie de norm is, worden alle benodigde systemen volledig geïnstalleerd en kan het huishoudelijke systeem dat een optioneel systeem van één soort of hoger heeft, ten minste intelligentie worden genoemd. Daarom kan dit systeem een slim huis worden genoemd.
1. Systeemontwerpschema
Het systeem bestaat uit bestuurbare apparaten en apparaten met afstandsbediening in huis. De bestuurbare apparaten in het gezin omvatten voornamelijk de computer met internettoegang, het controlecentrum, het monitoringknooppunt en de controller van toe te voegen huishoudelijke apparaten. Apparaten met afstandsbediening bestaan voornamelijk uit computers en mobiele telefoons.
De belangrijkste functies van het systeem zijn: 1) Bladeren op de startpagina van de webpagina, beheer van achtergrondinformatie; 2) Bediening van huishoudelijke apparaten, beveiliging en verlichting via internet en mobiele telefoons; 3) Identificatie van gebruikers via de RFID-module, om de status van de beveiliging binnen te wijzigen en in geval van diefstal een sms-bericht naar de gebruiker te sturen; 4) Lokale bediening en statusweergave van binnenverlichting en huishoudelijke apparaten via de software van het centrale controlesysteem; 5) Opslag van persoonlijke gegevens en de status van binnenapparatuur worden uitgevoerd via een database. Gebruikers kunnen de status van binnenapparatuur gemakkelijk opvragen via het centrale controle- en beheersysteem.
2. Systeemhardwareontwerp
Het hardwareontwerp van het systeem omvat het ontwerp van het controlecentrum, het bewakingsknooppunt en de optionele toevoeging van de controller voor huishoudelijke apparaten (neem de controller voor elektrische ventilatoren als voorbeeld).
2.1 Het Controlecentrum
De belangrijkste functies van het controlecentrum zijn als volgt: 1) Het opzetten van een draadloos ZigBee-netwerk, het toevoegen van alle bewakingsknooppunten aan het netwerk en het registreren van de ontvangst van nieuwe apparatuur; 2) Gebruikersidentificatie, de gebruiker thuis of terug via de gebruikerskaart om de binnenbeveiliging in te schakelen; 3) Wanneer een inbreker de kamer binnendringt, wordt er een kort bericht naar de gebruiker verzonden om het alarm te activeren. Gebruikers kunnen ook de binnenbeveiliging, verlichting en huishoudelijke apparaten bedienen via korte berichten; 4) Wanneer het systeem zelfstandig draait, geeft het LCD-scherm de huidige systeemstatus weer, wat handig is voor gebruikers om te bekijken; 5) De status van elektrische apparatuur opslaan en naar een pc sturen om het systeem online te beheren.
De hardware ondersteunt Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection (CSMA/CA). De bedrijfsspanning van 2,0 ~ 3,6 V zorgt voor een laag stroomverbruik van het systeem. Creëer een draadloos ZigBee-sternetwerk binnenshuis door verbinding te maken met de ZigBee-coördinatormodule in het controlecentrum. Voeg vervolgens alle geselecteerde monitoringknooppunten toe aan het netwerk, inclusief de controller voor huishoudelijke apparaten, als eindknooppunt. Zo kunt u de draadloze ZigBee-netwerkbesturing van uw binnenhuisbeveiliging en huishoudelijke apparaten realiseren.
2.2 Monitoringknooppunten
De functies van het bewakingsknooppunt zijn als volgt: 1) detectie van lichaamssignalen, geluids- en lichtalarm wanneer dieven binnendringen; 2) verlichtingsregeling, de regelmodus is verdeeld in automatische regeling en handmatige regeling, automatische regeling is automatisch aan/uit van het licht op basis van de sterkte van het binnenlicht, handmatige regeling van de verlichting gebeurt via het centrale besturingssysteem, (3) de alarminformatie en andere informatie wordt naar het controlecentrum gestuurd en ontvangt besturingsopdrachten van het controlecentrum om de apparatuurregeling te voltooien.
Infrarood- en microgolfdetectie zijn de meest voorkomende methoden voor het detecteren van signalen van het menselijk lichaam. De pyro-elektrische infraroodsonde is de RE200B en de versterkingsmodule is de BISS0001. De RE200B wordt gevoed door een spanning van 3-10 V en heeft een ingebouwd pyro-elektrisch infraroodelement met dubbele gevoeligheid. Wanneer het element infraroodlicht ontvangt, treedt er een foto-elektrisch effect op aan de polen van elk element en accumuleert de lading. De BISS0001 is een digitaal-analoge hybride ASIC, bestaande uit een operationele versterker, spanningscomparator, statusregelaar, vertragingstijdtimer en blokkeringstijdtimer. Samen met de RE200B en enkele componenten kan de passieve pyro-elektrische infraroodschakelaar worden gevormd. De Ant-G100-module werd gebruikt voor de microgolfsensor, de middenfrequentie was 10 GHz en de maximale insteltijd was 6 μs. In combinatie met de pyro-elektrische infraroodmodule kan de foutmarge bij doeldetectie effectief worden verminderd.
De lichtregelmodule bestaat hoofdzakelijk uit een lichtgevoelige weerstand en een lichtregelrelais. Sluit de lichtgevoelige weerstand in serie aan met de instelbare weerstand van 10 K ω, verbind vervolgens het andere uiteinde van de lichtgevoelige weerstand met de aarde en verbind het andere uiteinde van de instelbare weerstand met de hoogspanningsaansluiting. De spanningswaarde van de twee weerstandsaansluitpunten wordt verkregen via de SCM analoog-naar-digitaal-omvormer om te bepalen of de huidige lamp aan is. De instelbare weerstand kan door de gebruiker worden aangepast aan de lichtintensiteit wanneer de lamp net is ingeschakeld. Binnenverlichtingsschakelaars worden aangestuurd door relais. Er is slechts één in-/uitgangspoort beschikbaar.
2.3 Selecteer de toegevoegde controller voor huishoudelijke apparaten
Kies ervoor om de bediening van huishoudelijke apparaten toe te voegen, voornamelijk op basis van de functie van het apparaat, om apparaatbediening te verkrijgen, in dit geval de elektrische ventilator als voorbeeld. Ventilatorbediening is het controlecentrum. De instructies voor de ventilatorbediening van de pc worden via ZigBee-netwerkimplementatie naar de elektrische ventilatorcontroller gestuurd. Verschillende apparaatidentificatienummers verschillen. Volgens de bepalingen van deze overeenkomst is het ventilatoridentificatienummer 122 en het identificatienummer van een kleurentelevisie 123. Dit zorgt voor de herkenning van verschillende controlecentra voor elektrische huishoudelijke apparaten. Verschillende huishoudelijke apparaten voeren verschillende functies uit met dezelfde instructiecode. Figuur 4 toont de samenstelling van de geselecteerde huishoudelijke apparaten.
3. Systeem software ontwerp
Het softwareontwerp van het systeem bestaat hoofdzakelijk uit zes onderdelen, namelijk het ontwerp van de webpagina voor afstandsbediening, het ontwerp van het centrale besturingssysteem, het ontwerp van het ATMegal28-programma voor de hoofdcontroller van het controlecentrum, het ontwerp van het CC2430-coördinatorprogramma, het ontwerp van het CC2430-bewakingsknooppuntprogramma en het ontwerp van het CC2430-selectieprogramma voor het toevoegen van apparaten.
3.1 ZigBee Coördinator programmaontwerp
De coördinator voltooit eerst de initialisatie van de applicatielaag, stelt de applicatielaagstatus en ontvangststatus in op inactief, schakelt vervolgens globale interrupts in en initialiseert de I/O-poort. Vervolgens begint de coördinator met het opbouwen van een draadloos sternetwerk. In het protocol selecteert de coördinator automatisch de 2,4 GHz-band, het maximale aantal bits per seconde is 62.500, de standaard PANID is 0×1347, de maximale stackdiepte is 5, het maximale aantal bytes per verzending is 93 en de baudrate van de seriële poort is 57.600 bit/s. De SL0W TIMER genereert 10 interrupts per seconde. Nadat het ZigBee-netwerk succesvol is opgezet, stuurt de coördinator zijn adres naar de MCU van het controlecentrum. Hier identificeert de MCU van het controlecentrum de ZigBee-coördinator als lid van het monitoringknooppunt en is het geïdentificeerde adres 0. Het programma gaat de hoofdlus in. Bepaal eerst of er nieuwe gegevens door het eindknooppunt zijn verzonden. Als dit het geval is, worden de gegevens rechtstreeks naar de MCU van het controlecentrum verzonden. Bepaal of er instructies zijn verzonden naar de MCU van het controlecentrum. Zo ja, stuur de instructies dan naar het overeenkomstige ZigBee-eindknooppunt. Beoordeel of de beveiliging open is en of er een inbreker is. Zo ja, stuur dan de alarminformatie naar de MCU van het controlecentrum. Beoordeel of het licht zich in de automatische regelstatus bevindt. Zo ja, schakel de analoog-naar-digitaal-converter in voor bemonstering. De bemonsteringswaarde is de sleutel om het licht in of uit te schakelen. Als de status van het licht verandert, wordt de nieuwe statusinformatie verzonden naar de MC-U van het controlecentrum.
3.2 ZigBee Terminal Node-programmering
ZigBee-terminalknooppunt verwijst naar het draadloze ZigBee-knooppunt dat wordt aangestuurd door de ZigBee-coördinator. In het systeem is het voornamelijk het monitoringknooppunt en de optionele toevoeging van een controller voor huishoudelijke apparaten. Initialisatie van ZigBee-terminalknooppunten omvat ook initialisatie op applicatielaag, het openen van interrupts en het initialiseren van I/O-poorten. Probeer vervolgens verbinding te maken met het ZigBee-netwerk. Het is belangrijk om te weten dat alleen eindknooppunten met een ZigBee-coördinatorinstelling toegang mogen krijgen tot het netwerk. Als het ZigBee-terminalknooppunt er niet in slaagt verbinding te maken met het netwerk, probeert het het elke twee seconden opnieuw totdat het succesvol verbinding maakt. Nadat het ZigBee-terminalknooppunt succesvol is aangesloten, stuurt het zijn registratiegegevens naar de ZigBee-coördinator, die deze vervolgens doorstuurt naar de MCU van het controlecentrum om de registratie van het ZigBee-terminalknooppunt te voltooien. Als het ZigBee-terminalknooppunt een monitoringknooppunt is, kan het de bediening van verlichting en beveiliging realiseren. Het programma is vergelijkbaar met de ZigBee-coördinator, met dit verschil dat de monitoring node gegevens naar de ZigBee-coördinator moet sturen en de ZigBee-coördinator vervolgens gegevens naar de MCU van het controlecentrum stuurt. Als de ZigBee-terminal node een elektrische ventilatorcontroller is, hoeft deze alleen de gegevens van de bovenste computer te ontvangen zonder de status te uploaden, zodat de besturing direct kan worden voltooid bij onderbreking van de draadloze gegevensontvangst. Bij onderbreking van de draadloze gegevensontvangst vertalen alle terminal nodes de ontvangen besturingsinstructies naar de besturingsparameters van de node zelf en verwerken ze de ontvangen draadloze instructies niet in het hoofdprogramma van de node.
4 Online debuggen
De toenemende instructie voor de instructiecode van vaste apparatuur, uitgegeven door het centrale controlesysteem, wordt via de seriële poort van de computer naar de MCU van het controlecentrum gestuurd, via de tweelijnsinterface naar de coördinator en vervolgens door de coördinator naar het ZigBee-terminalknooppunt. Wanneer het terminalknooppunt de gegevens ontvangt, worden deze opnieuw via de seriële poort naar de pc verzonden. Op deze pc worden de door het ZigBee-terminalknooppunt ontvangen gegevens vergeleken met de door het controlecentrum verzonden gegevens. Het centrale controlesysteem verstuurt elke seconde twee instructies. Na 5 uur testen stopt de testsoftware wanneer het totale aantal ontvangen pakketten 36.000 bedraagt. De testresultaten van de testsoftware voor multiprotocol-datatransmissie worden weergegeven in Figuur 6. Het aantal correcte pakketten is 36.000, het aantal foutieve pakketten is 0 en de nauwkeurigheid is 100%.
ZigBee-technologie wordt gebruikt om het interne netwerk van smart home-systemen te realiseren, wat voordelen biedt zoals handige afstandsbediening, flexibele toevoeging van nieuwe apparatuur en betrouwbare bediening. RFTD-technologie wordt gebruikt om gebruikersidentificatie te realiseren en de systeembeveiliging te verbeteren. Via de GSM-module worden afstandsbediening en alarmfuncties gerealiseerd.
Plaatsingstijd: 06-01-2022