E Smart Home ass eng Plattform fir en Haus. D'Benotzung vun integréierter Verkabelungstechnologie, Netzwierkkommunikatiounstechnologie, Sécherheetstechnologie, automatescher Kontrolltechnologie, Audio- a Videotechnologie féiert zur Integratioun vun Ariichtungen am Zesummenhang mam Stot. Et gëtt e Plang fir effizient Wunnanlagen a Familljemanagementsystemer ze bauen, d'Sécherheet, de Komfort, d'Konscht an d'Ëmwelt ze verbesseren an d'Liewensëmfeld ze spueren. Baséierend op der neister Definitioun vu Smart Home a mat de Charakteristike vun der ZigBee Technologie ass den Design vun dësem System essentiell fir e Smart Home System (Smart Home (zentral) Kontrollsystem, Hausbeliichtung Kontrollsystem, Haussécherheetssystemer), deen op Basis vun engem verbonnenen Hausverkabelungssystem, Hausnetzwierksystem, Hannergrondmusesystem a Familljenëmfeld Kontrollsystem ass. Op Basis vun der Bestätegung, datt Intelligenz lieft, ginn all néideg Systemer komplett installéiert, an nëmmen e optionalen Haushaltssystem, deen op d'mannst eng Aart vu System oder méi installéiert ass, kann Intelligenz als Intelligenz bezeechent ginn. Dofir kann dëst System als Intelligent Home bezeechent ginn.
1. Systemdesignschema
De System besteet aus kontrolléierten Apparater an Fernbedienungsapparater am Haus. Zu de kontrolléierten Apparater an der Famill gehéieren haaptsächlech de Computer, deen Zougang zum Internet huet, de Kontrollzentrum, den Iwwerwaachungspunkt an de Controller vun Haushaltsapparater, deen derbäigesat ka ginn. Fernbedienungsapparater bestinn haaptsächlech aus Ferncomputeren an Handyen.
Déi Haaptfunktioune vum System sinn: 1) d'Startsäit vun der Websäit navigéieren, Hannergrondinformatioun verwalten; 2) Schaltkontroll vun Haushaltsapparater, Sécherheet a Beliichtung iwwer Internet an Handy realiséieren; 3) Iwwer den RFID-Modul fir d'Benotzeridentifikatioun ëmzesetzen, fir de Sécherheetsstatus vun den Innenausrüstung ofzeschléissen, am Fall vun Déifstall per SMS-Alarm un de Benotzer; 4) Iwwer d'Software vum zentrale Kontroll- a Gestiounssystem fir déi lokal Kontroll an d'Statusanzeige vun der Innenbeliichtung an den Haushaltsapparater ofzeschléissen; 5) Perséinlech Informatiounen an de Status vun den Innenausrüstungen ginn iwwer d'Datebank gespäichert. Et ass bequem fir d'Benotzer, de Status vun den Innenausrüstungen iwwer dat zentralt Kontroll- a Gestiounssystem ofzefroen.
2. Systemhardware-Design
Den Hardware-Design vum System ëmfaasst den Design vum Kontrollzentrum, dem Iwwerwaachungsknuet an déi optional Ergänzung vum Controller fir Haushaltsapparater (huelt de Controller fir elektresch Ventilatoren als Beispill).
2.1 De Kontrollzentrum
Déi Haaptfunktioune vum Kontrollzentrum sinn folgend: 1) Fir en drahtlosen ZigBee-Netz opzebauen, all Iwwerwaachungsknoten an d'Netz bäizefügen an den Empfang vun neien Ausrüstung ze realiséieren; 2) Benotzeridentifikatioun, de Benotzer doheem oder zeréck iwwer d'Benotzerkaart fir den Indoor-Sécherheetsschalter z'erreechen; 3) Wann en Abriecher an de Raum antrëtt, schéckt eng kuerz Noriicht un de Benotzer fir den Alarm ze schécken. Benotzer kënnen och d'Indoor-Sécherheet, d'Beliichtung an d'Haushaltsapparater iwwer Kuerzmeldungen steieren; 4) Wann de System eleng leeft, weist den LCD den aktuellen Systemstatus un, wat fir d'Benotzer praktesch ass ze gesinn; 5) Den Zoustand vun den elektreschen Ausrüstungen ze späicheren an en op de PC ze schécken fir de System online ze bréngen.
D'Hardware ënnerstëtzt Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection (CSMA/CA). D'Betribsspannung vun 2,0 ~ 3,6V dréit zu engem niddrege Stroumverbrauch vum System bäi. Installéiert e drahtlosen ZigBee-Stärnetzwierk dobannen andeems Dir et mam ZigBee-Koordinatormodul am Kontrollzentrum verbënnt. An all d'Iwwerwaachungsknoten, ausgewielt fir den Haushaltsapparatcontroller als Terminalknuet am Netzwierk bäizefügen, fir dem Netzwierk bäizetrieden, fir déi drahtlos ZigBee-Netzwierkkontroll vun der Sécherheet an den Haushaltsapparater dobannen ze realiséieren.
2.2 Iwwerwaachungsknoten
D'Funktioune vum Iwwerwaachungsknuet sinn wéi follegt: 1) Detektioun vu mënschleche Kierpersignaler, Toun- an Liichtalarm wann Déif agräifen; 2) Beliichtungssteierung, de Kontrollmodus ass opgedeelt an automatesch Kontroll a manuell Kontroll, automatesch Kontroll ass d'Luucht automatesch un/aus jee no der Stäerkt vum Indoor-Liicht, manuell Kontroll vun der Beliichtungssteierung geschitt iwwer den zentralen Kontrollsystem, (3) d'Alarminformatiounen an aner Informatioune ginn un d'Kontrollzentrum geschéckt, a Kontrollbefeeler vum Kontrollzentrum empfänken fir d'Ausrüstungssteierung ofzeschléissen.
Den Infrarout- a Mikrowellendetektiounsmodus ass déi heefegst Method fir d'Detektioun vu mënschleche Kierpersignaler. Déi pyroelektresch Infraroutsond ass den RE200B, an den Verstärkerapparat ass de BISS0001. Den RE200B gëtt mat enger Spannung vun 3-10 V ugedriwwen an huet en agebauten pyroelektreschen, duebelempfindlechen Infraroutelement. Wann d'Element Infraroutliicht empfängt, trëtt de photoelektreschen Effekt un de Pole vun all Element op an d'Ladung accumuléiert sech. De BISS0001 ass en digital-analogen Hybrid-asIC, deen aus engem Operatiounsverstärker, engem Spannungsvergläicher, engem Zoustandscontroller, engem Verzögerungszäittimer an engem Blockzäittimer besteet. Zesumme mam RE200B an e puer Komponenten kann de passive pyroelektreschen Infraroutschalter geformt ginn. Den Ant-g100 Modul gouf als Mikrowellensensor benotzt, d'Mëttelfrequenz war 10 GHz, an déi maximal Etabléierungszäit war 6 μs. A Kombinatioun mam pyroelektreschen Infraroutmodul kann d'Feelerquote vun der Zildetektioun effektiv reduzéiert ginn.
De Liichtsteierungsmodul besteet haaptsächlech aus engem fotosensitive Widderstand an engem Liichtsteierungsrelais. Schléisst de fotosensitive Widderstand a Serie mam justierbare Widderstand vun 10 K ω un, verbënnt dann dat anert Enn vum fotosensitive Widderstand mat der Mass, an dat anert Enn vum justierbare Widderstand mat der Héichspannung. De Spannungswäert vun den zwou Widderstandsverbindungspunkten gëtt iwwer den SCM Analog-Digital-Konverter kritt, fir ze bestëmmen, ob d'Luucht aktuell ugeschalt ass. Den justierbare Widderstand kann vum Benotzer ugepasst ginn, fir der Liichtintensitéit gerecht ze ginn, wann d'Luucht grad ugeschalt ass. D'Schalter fir d'Indoorbeliichtung ginn iwwer Relais gesteiert. Nëmmen een Input/Output-Port kann erreecht ginn.
2.3 Wielt de bäigefüügte Controller fir Haushaltsapparater
D'Kontroll vun Haushaltsapparater gëtt haaptsächlech no der Funktioun vum Apparat ausgewielt, fir d'Gerätekontroll z'erreechen, hei zum Beispill den elektresche Ventilator. D'Ventilatorsteierung ass de Kontrollzentrum, an deem d'Instruktioune vum PC-Ventilatorsteierung iwwer den ZigBee-Netzwierk un de Ventilatorsteierer geschéckt ginn. D'Identifikatiounsnummer vun den Apparater ass ënnerschiddlech. Zum Beispill ass d'Identifikatiounsnummer vum Ventilator 122 an d'Identifikatiounsnummer vum Faarffernseher fir doheem 123, sou datt verschidde Kontrollzentre fir elektresch Haushaltsapparater erkannt kënne ginn. Mat dem selwechten Instruktiounscode erfëllen verschidden Haushaltsapparater verschidde Funktiounen. Figur 4 weist d'Zesummesetzung vun den Haushaltsapparater, déi fir d'Zousätzlech ausgewielt goufen.
3. Systemsoftware-Design
Den Design vun der Systemsoftware ëmfaasst haaptsächlech sechs Deeler, nämlech den Design vun der Websäit fir d'Fernbedienung, den Design vun der zentraler Kontrollverwaltung, den Design vun der Programméierung fir den ATMegal28-Haaptcontroller vum Kontrollzentrum, den Design vun der Koordinatorprogramméierung fir de CC2430, den Design vun der Iwwerwaachungsknotprogramméierung fir de CC2430, an den Design vun der Auswiel- an Zousazprogramméierung fir de Gerät fir de CC2430.
3.1 Design vum ZigBee Koordinator Programm
De Koordinator schléisst als éischt d'Initialiséierung vum Applikatiounsschicht of, setzt den Zoustand vum Applikatiounsschicht an den Empfangszoustand op Idle, schalt dann global Interrupts un an initialiséiert den I/O-Port. De Koordinator fänkt dann un, en drahtlost Stärennetz opzebauen. Am Protokoll wielt de Koordinator automatesch d'2,4 GHz Band, déi maximal Zuel vu Bits pro Sekonn ass 62 500, den Standard PANID ass 0 × 1347, déi maximal Stackdéift ass 5, déi maximal Zuel vu Bytes pro Sendung ass 93, an d'Baudrate vum serielle Port ass 57 600 Bit/s. Den SL0W TIMER generéiert 10 Interrupts pro Sekonn. Nodeems den ZigBee-Netz erfollegräich etabléiert ass, schéckt de Koordinator seng Adress un den MCU vum Kontrollzentrum. Hei identifizéiert den MCU vum Kontrollzentrum den ZigBee-Koordinator als Member vum Iwwerwaachungsknuet, a seng identifizéiert Adress ass 0. De Programm geet an d'Haaptschleef. Als éischt gëtt festgestallt, ob nei Daten vum Terminalknuet geschéckt ginn, wann et der gëtt, ginn d'Daten direkt un den MCU vum Kontrollzentrum weiderginn; Bestëmmt ob d'MCU vum Kontrollzentrum Instruktiounen erofgeschéckt huet, wann jo, schéckt d'Instruktiounen un den entspriechende ZigBee-Terminalknuet; beurteelt ob d'Sécherheet op ass, ob et en Abriecher gëtt, wann jo, schéckt d'Alarminformatioun un den MCU vum Kontrollzentrum; beurteelt ob d'Luucht am automatesche Kontrollzoustand ass, wann jo, schalt den Analog-Digital-Konverter fir d'Sampling un, de Samplingwäert ass de Schlëssel fir d'Luucht un oder aus ze schalten, wann den Zoustand vun der Luucht ännert, gëtt déi nei Zoustandsinformatioun un de Kontrollzentrum MC-U weiderginn.
3.2 ZigBee Terminal Node Programméierung
En ZigBee-Terminalknuet bezitt sech op den drahtlose ZigBee-Knuet, dee vum ZigBee-Koordinator kontrolléiert gëtt. Am System ass et haaptsächlech den Iwwerwaachungsknuet an déi optional Ergänzung vun engem Haushaltsapparatcontroller. D'Initialiséierung vun ZigBee-Terminalknueten enthält och d'Initialiséierung vum Applikatiounsschicht, d'Ouverture vun Interrupts an d'Initialiséierung vun I/O-Ports. Da probéiert Iech dem ZigBee-Netzwierk unzeschléissen. Et ass wichteg ze bemierken, datt nëmmen Endknueten mat engem ZigBee-Koordinator-Setup dem Netz bäitrieden däerfen. Wann den ZigBee-Terminalknuet sech net dem Netz bäitrieden kann, probéiert en et all zwou Sekonnen nach eng Kéier, bis en sech erfollegräich dem Netz bäitrieden kann. Nodeems hien sech erfollegräich dem Netz bäigetrueden huet, schéckt den ZI-Gbee-Terminalknuet seng Registréierungsinformatiounen un den ZigBee-Koordinator, deen se dann un d'MCU vum Kontrollzentrum weiderleet, fir d'Registréierung vum ZigBee-Terminalknuet ofzeschléissen. Wann den ZigBee-Terminalknuet en Iwwerwaachungsknuet ass, kann en d'Kontroll vun der Beliichtung an der Sécherheet ëmsetzen. De Programm ass ähnlech wéi de ZigBee Koordinator, ausser datt den Iwwerwaachungsknuet Daten un den ZigBee Koordinator schécken muss, an dann den ZigBee Koordinator Daten un d'MCU vum Kontrollzentrum schéckt. Wann den ZigBee Terminalknuet e Ventilatorcontroller ass, muss en nëmmen d'Donnéeë vum ieweschte Computer kréien, ouni den Zoustand eropzelueden, sou datt seng Kontroll direkt bei der Ënnerbriechung vum Empfang vun drahtlosen Daten ofgeschloss ka ginn. Bei der Ënnerbriechung vum Empfang vun drahtlosen Daten iwwersetzen all Terminalknueten déi empfaangen Kontrollinstruktiounen an d'Kontrollparameter vum Knuet selwer, an veraarbechten déi empfaangen drahtlos Instruktiounen net am Haaptprogramm vum Knuet.
4 Online-Debugging
Déi zouhuelend Instruktioun fir den Instruktiounscode vun der fixer Ausrüstung, déi vum zentralen Kontrollsystem ausgestallt gëtt, gëtt iwwer de serielle Port vum Computer un d'MCU vum Kontrollzentrum geschéckt, iwwer d'Zwei-Line-Interface un de Koordinator, an dann vum Koordinator un den ZigBee-Terminalknuet. Wann den Terminalknuet d'Donnéeën empfänkt, ginn d'Donnéeën erëm iwwer de serielle Port un de PC geschéckt. Op dësem PC ginn d'Donnéeën, déi vum ZigBee-Terminalknuet empfaange ginn, mat den Donnéeën verglach, déi vum Kontrollzentrum geschéckt ginn. De zentralen Kontrollsystem schéckt all Sekonn 2 Instruktiounen. No 5 Stonne Tester stoppt d'Testsoftware, wann se weist, datt d'Gesamtzuel vun den empfaangenen Päck 36.000 Päck ass. D'Testergebnisse vun der Multiprotokoll-Dateniwwerdroungs-Testsoftware sinn an der Figur 6 gewisen. D'Zuel vun de richtege Päck ass 36.000, d'Zuel vun de falsche Päck ass 0, an d'Genauegkeetsquote ass 100%.
D'ZigBee-Technologie gëtt benotzt fir d'intern Netzwierkverbindung vum Smart Home ze realiséieren, wat d'Virdeeler vun enger praktescher Fernbedienung, der flexibeler Ergänzung vun neien Ausrüstungen a verlässlecher Kontrollleistung huet. D'RFTD-Technologie gëtt benotzt fir d'Benotzeridentifikatioun ze realiséieren an d'Systemsécherheet ze verbesseren. Duerch den Zougang zum GSM-Modul ginn d'Fernbedienungs- an d'Alarmfunktiounen ëmgesat.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 06.01.2022