Nutikodu on platvorm, mis kasutab integreeritud juhtmestikutehnoloogiat, võrgukommunikatsioonitehnoloogiat, turvatehnoloogiat, automaatse juhtimise tehnoloogiat, audio- ja videotehnoloogiat, et integreerida kodumajapidamise eluga seotud rajatisi, ajastada tõhusate elamute ja pereasjade haldussüsteemi ehitamist, parandada koduturvalisust, mugavust, hubasust, kunstipärasust ning realiseerida keskkonnakaitset ja energiasäästlikku elukeskkonda. Nutikodu uusima definitsiooni kohaselt viitab ZigBee tehnoloogia omadustele selle süsteemi disain, mis sisaldab nutika kodu süsteemi (nutika kodu (kesk) juhtimissüsteem, koduvalgustuse juhtimissüsteem, koduturvasüsteemid), mis põhineb ühendatud kodumajapidamise juhtmestikusüsteemil, koduvõrgusüsteemil, taustamuusikasüsteemil ja kodukeskkonna juhtimissüsteemil. Intelligentsuse väitel on vaja paigaldada ainult kõik vajalikud süsteemid ja vähemalt ühte tüüpi ja kõrgema valikuga süsteemi paigaldavaid kodusüsteeme võib nimetada intelligentseks süsteemiks. Seetõttu võib seda süsteemi nimetada intelligentseks koduks.
1. Süsteemi projekteerimisskeem
Süsteem koosneb kodustest juhitavatest seadmetest ja kaugjuhtimisseadmetest. Nende hulgas on perekonna juhitavate seadmete hulka peamiselt internetiühendusega arvuti, juhtimiskeskus, jälgimissõlm ja lisatavate kodumasinate kontroller. Kaugjuhtimisseadmed koosnevad peamiselt kaugarvutitest ja mobiiltelefonidest.
Süsteemi peamised funktsioonid on: 1) veebilehe avalehe sirvimine ja taustteabe haldamine; 2) siseruumides asuvate kodumasinate, turvalisuse ja valgustuse lülitite juhtimine interneti ja mobiiltelefoni kaudu; 3) kasutaja tuvastamine RFID-mooduli kaudu, et viia lõpule siseruumide turvalisuse oleku lüliti varguse korral kasutajale saadetava SMS-alarmi kaudu; 4) siseruumides asuvate valgustuse ja kodumasinate lokaalne juhtimine ja oleku kuvamine tsentraalse juhtimis- ja haldussüsteemi tarkvara kaudu; 5) isikuandmete ja siseruumides asuvate seadmete oleku salvestamine andmebaasi abil. Kasutajatel on mugav siseruumides asuvate seadmete oleku kohta päringuid teha tsentraalse juhtimis- ja haldussüsteemi kaudu.
2. Süsteemi riistvara disain
Süsteemi riistvaraline disain hõlmab juhtimiskeskuse, jälgimissõlme ja kodumasinate kontrolleri valikulist lisamist (näiteks elektrilise ventilaatori kontroller).
2.1 Juhtimiskeskus
Juhtimiskeskuse peamised funktsioonid on järgmised: 1) Traadita ZigBee võrgu loomine, kõigi jälgimissõlmede lisamine võrku ja uute seadmete vastuvõtu teostamine; 2) Kasutaja tuvastamine, tuvastades kasutaja kodus või taga kasutajakaardi abil, et aktiveerida siseruumide turvalüliti; 3) Kui sissemurdja tungib tuppa, saata kasutajale lühisõnum alarmi käivitamiseks. Kasutajad saavad lühisõnumite abil juhtida ka siseruumide turvalisust, valgustust ja kodumasinaid; 4) Kui süsteem töötab iseseisvalt, kuvab LCD-ekraan süsteemi hetkeolekut, mida on kasutajatel mugav vaadata; 5) Elektriseadmete oleku salvestamine ja saatmine arvutisse süsteemi võrgus aktiveerimiseks.
Riistvara toetab Carrier Sense'i mitmekordset juurdepääsu/kokkupõrke tuvastamist (CSMA/CA). Tööpinge 2,0–3,6 V soodustab süsteemi madalat energiatarvet. Looge siseruumides traadita ZigBee tähtvõrk, ühendades selle juhtimiskeskuses asuva ZigBee koordinaatormooduliga. Lisage kõik jälgimissõlmed, et lisada kodumasinate kontroller võrgu lõppsõlmena, et võrku liituda, et realiseerida siseturvalisuse ja kodumasinate traadita ZigBee võrgu juhtimist.
2.2 Jälgimissõlmed
Jälgimissõlme funktsioonid on järgmised: 1) inimkeha signaali tuvastamine, heli- ja valgushäire varaste sissetungi korral; 2) valgustuse juhtimine, juhtimisrežiim on jagatud automaatseks juhtimiseks ja käsitsi juhtimiseks, automaatne juhtimine lülitab valgust automaatselt sisse/välja vastavalt sisevalgustuse tugevusele, käsitsi juhtimine toimub keskjuhtimissüsteemi kaudu, (3) häireinfo ja muu teave saadetakse juhtimiskeskusesse ning võetakse juhtimiskeskusest vastu juhtimiskäsklusi seadmete juhtimise lõpuleviimiseks.
Infrapuna- ja mikrolainekiirguse tuvastusrežiim on inimkeha signaalide tuvastamisel kõige levinum viis. Püroelektriline infrapunasond on RE200B ja võimendusseade on BISS0001. RE200B toidetakse 3–10 V pingega ja sellel on sisseehitatud püroelektriline kahekordselt tundlik infrapunaelement. Kui element võtab vastu infrapunavalgust, tekib iga elemendi poolustel fotoelektriline efekt ja laeng akumuleerub. BISS0001 on digitaal-analoog hübriid-ASIC, mis koosneb operatsioonvõimendist, pingekomparaatorist, oleku regulaatorist, viivitusaja taimerist ja blokeerimisaja taimerist. Koos RE200B ja mõne komponendiga saab moodustada passiivse püroelektrilise infrapunalüliti. Mikrolaineandurina kasutati Ant-g100 moodulit, kesksagedus oli 10 GHz ja maksimaalne seadistamisaeg oli 6 μs. Koos püroelektrilise infrapunamooduliga saab sihtmärgi tuvastamise veamäära tõhusalt vähendada.
Valgustusjuhtimismoodul koosneb peamiselt valgustundlikust takistist ja valgusjuhtimisreleest. Ühendage valgustundlik takisti järjestikku 10 K ω reguleeritava takistiga, seejärel ühendage valgustundliku takisti teine ots maandusega ja reguleeritava takisti teine ots kõrgepinge klemmidega. Kahe takistuse ühenduspunkti pinge väärtus saadakse SCM analoog-digitaalmuunduri kaudu, et teha kindlaks, kas praegune tuli põleb. Kasutaja saab reguleeritavat takistust reguleerida vastavalt valguse intensiivsusele valguse sisselülitamise hetkel. Sisevalgustuse lüliteid juhitakse releedega. Saadaval on ainult üks sisend-/väljundport.
2.3 Valige lisatud kodumasina kontroller
Kodumasinate juhtimise lisamine toimub peamiselt vastavalt seadme funktsioonile, näiteks elektrilise ventilaatori puhul. Ventilaatori juhtimine toimub juhtimiskeskuse kaudu, kus arvuti ventilaatori juhtimise juhised saadetakse elektrilise ventilaatori kontrollerile ZigBee võrgu rakendamise kaudu. Erinevate seadmete identifitseerimisnumbrid on erinevad. Näiteks käesoleva lepingu sätete kohaselt on ventilaatori identifitseerimisnumber 122 ja kodumajapidamises kasutatava värviteleri identifitseerimisnumber 123, mis võimaldab erinevate elektriliste kodumasinate juhtimiskeskuse äratundmist. Sama juhisekoodi korral täidavad erinevad kodumasinad erinevaid funktsioone. Joonis 4 näitab lisamiseks valitud kodumasinate koostist.
3. Süsteemitarkvara disain
Süsteemi tarkvara disain hõlmab peamiselt kuut osa, milleks on kaugjuhtimise veebilehe disain, keskjuhtimissüsteemi disain, juhtimiskeskuse peakontrolleri ATMegal28 programmi disain, CC2430 koordinaatori programmi disain, CC2430 jälgimissõlme programmi disain ja CC2430 seadme lisamise valiku programmi disain.
3.1 ZigBee koordinaatori programmi ülesehitus
Koordinaator viib esmalt lõpule rakenduskihi initsialiseerimise, määrab rakenduskihi oleku ja vastuvõtuoleku jõudeolekusse, seejärel lülitab sisse globaalsed katkestused ja initsialiseerib I/O pordi. Seejärel alustab koordinaator traadita tähtvõrgu loomist. Protokollis valib koordinaator automaatselt 2,4 GHz sagedusala, maksimaalne bittide arv sekundis on 62 500, vaikimisi PANID on 0×1347, maksimaalne pinu sügavus on 5, maksimaalne baitide arv saatmise kohta on 93 ja jadapordi baudikiirus on 57 600 bitti/s. SL0W TIMER genereerib 10 katkestust sekundis. Pärast ZigBee võrgu edukat loomist saadab koordinaator oma aadressi juhtimiskeskuse MCU-le. Siin tuvastab juhtimiskeskuse MCU ZigBee koordinaatori jälgimissõlme liikmena ja selle tuvastatud aadress on 0. Programm siseneb põhisilmusesse. Esmalt tehakse kindlaks, kas terminalisõlm on saatnud uusi andmeid. Kui on, edastatakse andmed otse juhtimiskeskuse MCU-le. Tehke kindlaks, kas juhtimiskeskuse mikrokontrollerile on saadetud juhised, kui jah, siis saatke juhised vastavale ZigBee terminalisõlmele; hinnake, kas turvasüsteem on avatud ja kas tegemist on sissemurdjaga; kui jah, siis saatke häireteave juhtimiskeskuse mikrokontrollerile; hinnake, kas valgusti on automaatse juhtimise olekus; kui jah, siis lülitage analoog-digitaalmuundur sisse valimi võtmiseks, valimi väärtus on võtmeks valguse sisse- või väljalülitamiseks; kui valguse olek muutub, edastatakse uue oleku teave juhtimiskeskusele MC-U.
3.2 ZigBee terminalisõlme programmeerimine
ZigBee terminalisõlm viitab traadita ZigBee sõlmele, mida juhib ZigBee koordinaator. Süsteemis on see peamiselt jälgimissõlm ja valikuline kodumasinate kontrolleri lisamine. ZigBee terminalisõlmede initsialiseerimine hõlmab ka rakenduskihi initsialiseerimist, katkestuste avamist ja I/O-portide initsialiseerimist. Seejärel proovige liituda ZigBee võrguga. Oluline on märkida, et võrguga saavad liituda ainult ZigBee koordinaatori seadistusega lõppsõlmed. Kui ZigBee terminalisõlm ei suuda võrguga liituda, proovib see uuesti iga kahe sekundi tagant, kuni see edukalt võrguga liitub. Pärast võrguga edukat liitumist saadab ZI-Gbee terminalisõlm oma registreerimisteabe ZigBee koordinaatorile, kes seejärel edastab selle juhtimiskeskuse MCU-le ZigBee terminalisõlme registreerimise lõpuleviimiseks. Kui ZigBee terminalisõlm on jälgimissõlm, saab see teostada valgustuse ja turvalisuse juhtimist. Programm on sarnane ZigBee koordinaatoriga, välja arvatud see, et jälgimissõlm peab saatma andmed ZigBee koordinaatorile ja seejärel saadab ZigBee koordinaator andmed juhtimiskeskuse MCU-le. Kui ZigBee terminalisõlm on elektrilise ventilaatori kontroller, peab see vastu võtma ainult ülemise arvuti andmeid, ilma et oleks vaja olekut üles laadida, seega saab selle juhtimist otse teostada traadita andmete vastuvõtmise katkemisel. Traadita andmete vastuvõtmise katkestuse korral tõlgivad kõik terminalisõlmed vastuvõetud juhtimiskäsud sõlme enda juhtimisparameetriteks ega töötle vastuvõetud traadita juhiseid sõlme põhiprogrammis.
4 Veebipõhine silumine
Keskjuhtimissüsteemi väljastatud statsionaarse seadme käskkoodi kasvav käsk saadetakse arvuti jadapordi kaudu juhtimiskeskuse mikrokontrollerile ja kaheliinilise liidese kaudu koordinaatorile ning seejärel koordinaatori poolt ZigBee terminalisõlme. Kui terminalisõlm andmed vastu võtab, saadetakse need jadapordi kaudu uuesti arvutisse. Sellel arvutil võrreldakse ZigBee terminalisõlme poolt vastuvõetud andmeid juhtimiskeskuse saadetud andmetega. Keskjuhtimissüsteem saadab iga sekundi järel 2 käsku. Pärast 5-tunnist testimist peatub testimistarkvara, kui see näitab, et vastuvõetud pakettide koguarv on 36 000 paketti. Mitmeprotokollilise andmeedastuse testimistarkvara testi tulemused on näidatud joonisel 6. Õigete pakettide arv on 36 000, valede pakettide arv on 0 ja täpsusmäär on 100%.
Nutika kodu sisemise võrgu loomiseks kasutatakse ZigBee tehnoloogiat, mille eelised on mugav kaugjuhtimine, uute seadmete paindlik lisamine ja usaldusväärne juhtimisjõudlus. RFTD-tehnoloogiat kasutatakse kasutaja tuvastamiseks ja süsteemi turvalisuse parandamiseks. GSM-mooduli kaudu saab kasutada kaugjuhtimis- ja häirefunktsioone.
Postituse aeg: 06.01.2022