איך לעצב בית חכם מבוסס zigBee?

בית חכם הוא בית כפלטפורמה, שימוש בטכנולוגיית חיווט משולבת, טכנולוגיית תקשורת רשת, טכנולוגיית אבטחה, טכנולוגיית בקרה אוטומטית, טכנולוגיית אודיו ווידאו לשילוב מתקנים הקשורים לחיי הבית, לוח זמנים לבניית מתקני מגורים יעילים ומערכת ניהול ענייני משפחה , לשפר את אבטחת הבית, הנוחות, הנוחות, האומנות, ולממש את הגנת הסביבה וסביבת מגורים חיסכון באנרגיה. בהתבסס על ההגדרה העדכנית ביותר של בית חכם, עיין במאפיינים של טכנולוגיית ZigBee, עיצוב מערכת זו, הנחוץ מכיל מערכת בית חכם (מערכת בקרה לבית חכם (מרכזי), מערכת בקרת תאורה ביתית, מערכות אבטחה לבית), על בסיס הצטרפו למערכת החיווט הביתית, מערכת הרשת הביתית, מערכת מוזיקת ​​הרקע ומערכת בקרת הסביבה המשפחתית. על האישור שחי במודיעין, התקינו את כל המערכת הדרושה לחלוטין בלבד, והמערכת הביתית שהתקינה מערכת אופציונלית מסוג אחד ומעלה לפחות יכולה לקרוא למודיעין חיה. לכן, מערכת זו יכולה להיקרא בית אינטליגנטי.

1. תכנית עיצוב מערכת

המערכת מורכבת ממכשירים מבוקרים ומכשירי שליטה מרחוק בבית. ביניהם, המכשירים המבוקרים במשפחה כוללים בעיקר את המחשב היכול לגשת לאינטרנט, מרכז הבקרה, צומת הניטור והבקר של מכשירי חשמל ביתיים שניתן להוסיף. מכשירי שלט רחוק מורכבים בעיקר ממחשבים מרוחקים וטלפונים ניידים.

הפונקציות העיקריות של המערכת הן: 1) העמוד הראשי של הגלישה בדף האינטרנט, ניהול מידע רקע; 2) לממש בקרת מתגים של מכשירי חשמל ביתיים פנימיים, אבטחה ותאורה דרך האינטרנט והטלפון הנייד; 3) דרך מודול RFID למימוש זיהוי משתמש, כדי להשלים את מתג מצב האבטחה הפנימי, במקרה של גניבה באמצעות אזעקת SMS למשתמש; 4) באמצעות תוכנת מערכת ניהול הבקרה המרכזית להשלמת הבקרה המקומית ותצוגת המצב של תאורה פנימית ומכשירי חשמל ביתיים; 5) אחסון מידע אישי ואחסון מצבי ציוד פנימי מושלמים באמצעות בסיס הנתונים. נוח למשתמשים לשאול את מצב הציוד הפנימי דרך מערכת הבקרה והניהול המרכזית.

2. עיצוב חומרת מערכת

תכנון החומרה של המערכת כולל את עיצוב מרכז הבקרה, צומת הניטור ותוספת אופציונלית של בקר המכשירים הביתיים (קחו את בקר המאוורר החשמלי כדוגמה).

2.1 מרכז הבקרה

הפונקציות העיקריות של מרכז הבקרה הן כדלקמן: 1) כדי לבנות רשת ZigBee אלחוטית, הוסף את כל צמתי הניטור לרשת, וממש את הקבלה של ציוד חדש; 2) זיהוי משתמש, המשתמש בבית או בחזרה דרך כרטיס המשתמש כדי להשיג מתג אבטחה פנימי; 3) כאשר פורץ חודר לחדר, שלח הודעה קצרה למשתמש להזעיק. משתמשים יכולים גם לשלוט באבטחה פנימית, בתאורה ובמכשירי חשמל ביתיים באמצעות הודעות קצרות; 4) כאשר המערכת פועלת לבד, ה-LCD מציג את מצב המערכת הנוכחי, שנוח למשתמשים לצפייה; 5) אחסן את מצב הציוד החשמלי ושלח אותו למחשב כדי לממש את המערכת באופן מקוון.

החומרה תומכת ב-Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection (CSMA/CA). מתח ההפעלה של 2.0 ~ 3.6V תורם לצריכת חשמל נמוכה של המערכת. הגדר רשת כוכבים אלחוטית של ZigBee בתוך הבית על ידי חיבור למודול מתאם ZigBee במרכז הבקרה. וכל צמתי הניטור, שנבחרו להוסיף את בקר המכשירים הביתיים כצומת המסוף ברשת כדי להצטרף לרשת, כדי לממש את השליטה האלחוטית ברשת ZigBee של אבטחה פנימית ומכשירי חשמל ביתיים.

2.2 צמתים ניטור

הפונקציות של צומת הניטור הן כדלקמן: 1) זיהוי אותות גוף האדם, אזעקת צליל ואור כאשר גנבים פולשים; 2) בקרת תאורה, מצב הבקרה מחולק לשליטה אוטומטית ושליטה ידנית, שליטה אוטומטית מופעלת/כיבוית האור אוטומטית לפי עוצמת האור הפנימי, בקרת תאורה בקרה ידנית היא דרך מערכת הבקרה המרכזית, (3) מידע אזעקה ומידע אחר הנשלח למרכז הבקרה, ומקבל פקודות בקרה ממרכז הבקרה להשלמת בקרת הציוד.

מצב זיהוי אינפרא אדום פלוס מיקרוגל הוא הדרך הנפוצה ביותר בזיהוי אותות גוף האדם. הבדיקה האינפרא-אדום הפירואלקטרית היא RE200B, והתקן ההגברה הוא BISS0001. RE200B מופעל על ידי מתח 3-10 V ויש לו אלמנט אינפרא אדום פירואלקטרי מובנה. כאשר האלמנט מקבל אור אינפרא אדום, האפקט הפוטואלקטרי יתרחש בקטבים של כל אלמנט והמטען יצטבר. BISS0001 הוא ASIC היברידי דיגיטלי-אנלוגי המורכב ממגבר תפעולי, השוואת מתחים, בקר מצב, טיימר זמן השהיה וטיימר זמן חסימה. יחד עם RE200B וכמה רכיבים, ניתן ליצור מתג אינפרא אדום פירואלקטרי פסיבי. מודול Ant-g100 שימש עבור חיישן מיקרוגל, התדר המרכזי היה 10 GHz, וזמן ההקמה המרבי היה 6μs. בשילוב עם מודול אינפרא אדום פירואלקטרי, ניתן להפחית ביעילות את שיעור השגיאות של זיהוי מטרות.

מודול בקרת אור מורכב בעיקר מנגד רגיש לאור וממסר בקרת אור. חבר את הנגד הרגיש לאור בסדרה עם הנגד המתכוונן של 10 K ω, לאחר מכן חבר את הקצה השני של הנגד הרגיש לאור לאדמה, וחברו את הקצה השני של הנגד המתכוונן לרמה הגבוהה. ערך המתח של שתי נקודות חיבור ההתנגדות מתקבל באמצעות הממיר האנלוגי לדיגיטלי SCM כדי לקבוע אם נורית הזרם דולקת. התנגדות מתכווננת יכולה להיות מותאמת על ידי המשתמש כדי לעמוד בעוצמת האור כאשר האור רק מודלק. מתגי תאורה פנימית נשלטים על ידי ממסרים. ניתן להשיג רק יציאת קלט/פלט אחת.

2.3 בחר את בקר המכשירים הביתיים שנוסף

בחרו להוסיף את השליטה במכשירי חשמל ביתיים בעיקר לפי תפקוד המכשיר להשגת שליטה במכשיר, כאן למאוורר החשמלי כדוגמה. בקרת מאוורר היא מרכז הבקרה תהיה הוראות בקרת מאוורר מחשב שנשלחו לבקר המאוורר החשמלי דרך יישום רשת ZigBee, מספר זיהוי מכשירים שונים שונה, לדוגמה, הוראות הסכם זה מספר זיהוי המאוורר הוא 122, מספר הזיהוי של הטלוויזיה הצבעונית המקומית הוא 123, ובכך להבין את ההכרה של מכשירי חשמל ביתיים שונים מרכז בקרה. עבור אותו קוד הוראות, מכשירי חשמל ביתיים שונים מבצעים פונקציות שונות. איור 4 מציג את הרכב המכשירים הביתיים שנבחרו לתוספת.

3. עיצוב תוכנת מערכת

עיצוב תוכנת המערכת כולל בעיקר שישה חלקים, שהם עיצוב דפי אינטרנט בשלט רחוק, עיצוב מערכת ניהול בקרה מרכזית, מרכז בקרה ראשי בקר ATMegal28 עיצוב תוכנית, עיצוב תוכנית רכז CC2430, עיצוב תוכנית צומת ניטור CC2430, CC2430 בחר הוספת תוכנית מכשיר.

3.1 עיצוב תוכנית ZigBee Coordinator

הרכז משלים תחילה את אתחול שכבת היישום, מגדיר את מצב שכבת היישום ומצב הקבלה למצב סרק, ואז מפעיל פסיקות גלובליות ומאתחל את יציאת ה-I/O. לאחר מכן הרכז מתחיל לבנות רשת כוכבים אלחוטית. בפרוטוקול, המתאם בוחר אוטומטית את רצועת ה-2.4 גיגה-הרץ, המספר המרבי של סיביות לשנייה הוא 62,500, ברירת המחדל של PANID היא 0×1347, עומק המחסנית המרבי הוא 5, מספר הבתים המקסימלי לשליחה הוא 93, וכן קצב העברת היציאה הטורית הוא 57 600 סיביות לשנייה. ה-SL0W TIMER יוצר 10 פסיקות בשנייה. לאחר הקמת רשת ZigBee בהצלחה, הרכז שולח את כתובתו ל-MCU של מרכז הבקרה. כאן, מרכז הבקרה MCU מזהה את ה-ZigBee Coordinator כחבר בצומת הניטור, והכתובת המזוהה שלו היא 0. התוכנית נכנסת ללולאה הראשית. ראשית, קבע אם יש נתונים חדשים שנשלחו על ידי צומת הטרמינל, אם יש, הנתונים מועברים ישירות ל-MCU של מרכז הבקרה; קבע אם ל-MCU של מרכז הבקרה יש הוראות שנשלחו, אם כן, שלח את ההוראות למטה לצומת מסוף ZigBee המקביל; לשפוט האם האבטחה פתוחה, האם יש פורץ, אם כן, לשלוח את פרטי האזעקה ל-MCU של מרכז הבקרה; שפוט אם הנורה במצב בקרה אוטומטית, אם כן, הפעל את הממיר האנלוגי לדיגיטלי לצורך דגימה, ערך הדגימה הוא המפתח להדלקה או כיבוי של האור, אם מצב האור משתנה, מידע המצב החדש הוא מועבר למרכז הבקרה MC-U.

3.2 תכנות צומת מסוף ZigBee

צומת מסוף ZigBee מתייחס לצומת ZigBee האלחוטי הנשלט על ידי מתאם ZigBee. במערכת, זה בעיקר צומת הניטור והתוספת האופציונלית של בקר מכשיר ביתי. אתחול של צמתי מסוף ZigBee כולל גם אתחול שכבת יישומים, פתיחת פסיקות ואתחול יציאות I/O. לאחר מכן נסה להצטרף לרשת ZigBee. חשוב לציין שרק צמתי קצה עם הגדרת מתאם ZigBee רשאים להצטרף לרשת. אם צומת מסוף ZigBee לא מצליח להצטרף לרשת, הוא ינסה שוב כל שתי שניות עד שיצטרף בהצלחה לרשת. לאחר ההצטרפות לרשת בהצלחה, צומת המסוף ZI-Gbee שולח את פרטי הרישום שלו ל-ZigBee Coordinator, אשר לאחר מכן מעביר אותו ל-MCU של מרכז הבקרה כדי להשלים את הרישום של צומת מסוף ZigBee. אם צומת מסוף ZigBee הוא צומת ניטור, הוא יכול לממש את השליטה בתאורה ובאבטחה. התוכנית דומה לרכז ה-ZigBee, אלא שצומת הניטור צריך לשלוח נתונים לרכז ה-ZigBee, ואז מתאם ה-ZigBee שולח נתונים ל-MCU של מרכז הבקרה. אם צומת המסוף של ZigBee הוא בקר מאוורר חשמלי, הוא צריך לקבל רק את הנתונים של המחשב העליון מבלי להעלות את המצב, כך שניתן להשלים את השליטה שלו ישירות בהפרעה של קליטת נתונים אלחוטית. בהפרעה לקליטת נתונים אלחוטיים, כל צמתי הטרמינל מתרגמים את הוראות הבקרה שהתקבלו לפרמטרי הבקרה של הצומת עצמו, ואינם מעבדים את ההוראות האלחוטיות שהתקבלו בתוכנית הראשית של הצומת.

4 איתור באגים מקוון

ההוראה ההולכת וגדלה לקוד ההוראה של ציוד קבוע שהונפקה על ידי מערכת ניהול הבקרה המרכזית נשלחת ל-MCU של מרכז הבקרה דרך היציאה הטורית של המחשב, ולרכז דרך ממשק הדו-קוים, ולאחר מכן למסוף ZigBee צומת על ידי הרכז. כאשר צומת הטרמינל מקבל את הנתונים, הנתונים נשלחים למחשב דרך היציאה הטורית שוב. במחשב זה, הנתונים המתקבלים על ידי צומת מסוף ZigBee מושווים לנתונים שנשלחים על ידי מרכז הבקרה. מערכת ניהול הבקרה המרכזית שולחת 2 הוראות בכל שנייה. לאחר 5 שעות של בדיקה, תוכנת הבדיקה נעצרת כאשר היא מראה כי המספר הכולל של מנות שהתקבלו הוא 36,000 מנות. תוצאות הבדיקה של תוכנת בדיקת שידור נתונים מרובת פרוטוקולים מוצגות באיור 6. מספר החבילות הנכונות הוא 36,000, מספר החבילות השגויות הוא 0, ושיעור הדיוק הוא 100%.

טכנולוגיית ZigBee משמשת למימוש הרשת הפנימית של בית חכם, שיש לה את היתרונות של שלט רחוק נוח, תוספת גמישה של ציוד חדש וביצועי בקרה אמינים. טכנולוגיית RFTD משמשת למימוש זיהוי המשתמש ולשיפור אבטחת המערכת. באמצעות הגישה של מודול GSM, פונקציות השלט הרחוק והאזעקה מתממשות.