スマートホームとは、住宅をプラットフォームとして、統合配線技術、ネットワーク通信技術、セキュリティ技術、自動制御技術、オーディオ・ビデオ技術などを活用して家庭生活関連施設を統合し、効率的な住宅施設と家族管理システムを構築するスケジュールのことである。 、家庭のセキュリティ、利便性、快適性、芸術性を向上させ、環境保護と省エネの生活環境を実現します。スマートホームの最新の定義に基づいて、ZigBee テクノロジーの特徴、このシステムの設計、スマートホーム システム (スマート ホーム (集中) 制御システム、家庭用照明制御システム、ホーム セキュリティ システム) に必要な機能を参照してください。家庭用配線システム、ホームネットワークシステム、BGMシステム、家庭環境制御システムをベースにしています。知性が生きると断言した上で、必要なシステムを全て完全に設置するだけで、少なくとも1種類以上のオプションシステムを導入した住宅システムは知性が住むと言える。よって、このシステムはインテリジェントホームと呼ぶことができる。
1. システム設計スキーム
システムは家庭内の制御機器と遠隔操作機器で構成されます。このうち、家族内の制御対象機器には主に、インターネットにアクセスできるコンピュータ、コントロールセンター、監視ノード、追加可能な家電製品のコントローラなどが含まれます。遠隔制御装置は主に遠隔コンピュータと携帯電話で構成されます。
システムの主な機能は次のとおりです。 1) Web ページの閲覧のトップページ、背景情報の管理。 2) インターネットと携帯電話を介して室内家電、セキュリティ、照明のスイッチ制御を実現します。 3) RFID モジュールを通じてユーザー識別を実現し、盗難の場合にユーザーに SMS アラームを通じて屋内セキュリティ ステータスの切り替えを完了します。 4）中央制御管理システムソフトウェアを通じて、屋内照明と家電製品のローカル制御とステータス表示を完了します。 5) データベースを利用することで、個人情報の保管と室内設備の状態の保管が完了します。ユーザーは、集中制御および管理システムを通じて屋内機器の状態を照会することができて便利です。
2. システムハードウェア設計
システムのハードウェア設計には、コントロール センター、監視ノード、およびオプションの家電コントローラ (電動ファン コントローラを例に挙げます) の追加の設計が含まれます。
2.1 コントロールセンター
コントロール センターの主な機能は次のとおりです。 1) 無線 ZigBee ネットワークを構築するには、すべての監視ノードをネットワークに追加し、新しい機器の受信を実現します。 2) ユーザー識別、ユーザーが自宅または戻ってユーザーカードを介して屋内セキュリティスイッチを実現します。 3) 泥棒が部屋に侵入した場合、ユーザーに短いメッセージを送信して警報を発します。ユーザーは、ショートメッセージを通じて屋内のセキュリティ、照明、家電製品を制御することもできます。 4) システムが単独で実行されている場合、LCD に現在のシステム状態が表示されるため、ユーザーは見やすくなります。 5) 電気機器の状態を保存し、PC に送信してオンラインでシステムを実現します。
ハードウェアはキャリアセンス多重アクセス/衝突検出 (CSMA/CA) をサポートします。動作電圧は2.0～3.6Vで、システムの低消費電力化に貢献します。コントロール センターの ZigBee コーディネーター モジュールに接続して、屋内にワイヤレス ZigBee スター ネットワークをセットアップします。そして、すべての監視ノードは、ネットワークに参加する端末ノードとして家電コントローラを追加するように選択され、屋内セキュリティと家電製品の無線 ZigBee ネットワーク制御を実現します。
2.2 ノードの監視
監視ノードの機能は次のとおりです。 1) 人体信号の検出、泥棒の侵入時に音と光で警報します。 2）照明制御、制御モードは自動制御と手動制御に分かれており、自動制御は室内光の強さに応じて自動的にライトをオン/オフし、手動制御の照明制御は中央制御システムを介して行われます。（3）警報情報等を管制センターに送信し、管制センターからの制御コマンドを受信して機器の制御を完了します。
赤外線とマイクロ波検出モードは、人体信号検出で最も一般的な方法です。焦電型赤外線プローブはRE200B、増幅装置はBISS0001です。 RE200B は 3 ～ 10 V の電圧で駆動され、焦電型デュアル感応赤外線素子が内蔵されています。素子が赤外光を受け取ると、各素子の極で光電効果が発生し、電荷が蓄積されます。 BISS0001は、オペアンプ、電圧コンパレータ、ステートコントローラ、遅延時間タイマ、ブロッキングタイムタイマで構成されるデジタル・アナログハイブリッドICです。 RE200B といくつかのコンポーネントを組み合わせると、パッシブ焦電型赤外線スイッチを形成できます。マイクロ波センサーには Ant-g100 モジュールを使用し、中心周波数は 10 GHz、最大確立時間は 6μs でした。焦電型赤外線モジュールと組み合わせることで、ターゲット検出のエラー率を効果的に低減できます。
調光モジュールは主に感光抵抗器と調光リレーで構成されています。感光抵抗と 10 K Ω の調整抵抗を直列に接続し、感光抵抗の他端をグランドに接続し、調整抵抗の他端をハイレベルに接続します。 2 つの抵抗接続点の電圧値が SCM アナログ - デジタル コンバータを通じて取得され、電流ライトが点灯しているかどうかが判断されます。調整可能な抵抗は、ライトがオンになったばかりのときの光の強度に合わせてユーザーが調整できます。室内照明のスイッチはリレーによって制御されます。実現できる入出力ポートは 1 つだけです。
2.3 追加した家電コントローラーの選択
機器制御を実現するために、主に機器の機能に応じて家電製品の制御を追加することを選択します。ここでは扇風機を例に挙げます。ファン制御はコントロールセンターであり、ZigBeeネットワーク実装を通じてPCのファン制御命令が電動ファンコントローラに送信されます。異なる機器の識別番号は異なります。たとえば、本契約の規定のファン識別番号は122であり、国内のカラーテレビの識別番号です。は123であり、異なる家電製品コントロールセンターの認識を実現します。同じ命令コードに対して、異なる家電製品は異なる機能を実行します。図4に追加対象として選定された家電製品の構成を示す。
3. システムソフトウェア設計
システムソフトウェア設計は主に、リモートコントロールWebページ設計、集中制御管理システム設計、コントロールセンターメインコントローラATMegal28プログラム設計、CC2430コーディネータプログラム設計、CC2430監視ノードプログラム設計、CC2430選択追加デバイスプログラム設計の6つの部分で構成されます。
3.1 ZigBee コーディネーター プログラムの設計
コーディネーターはまずアプリケーション層の初期化を完了し、アプリケーション層の状態と受信状態をアイドルに設定してから、グローバル割り込みをオンにして I/O ポートを初期化します。次に、コーディネーターはワイヤレス スター ネットワークの構築を開始します。このプロトコルでは、コーディネーターは 2.4 GHz 帯域を自動的に選択し、1 秒あたりの最大ビット数は 62,500、デフォルトの PANID は 0x1347、最大スタック深さは 5、送信あたりの最大バイト数は 93、およびシリアルポートのボーレートは 57 600 bit/s です。 SL0W TIMER は 1 秒あたり 10 回の割り込みを生成します。 ZigBee ネットワークが正常に確立されると、コーディネーターはそのアドレスをコントロール センターの MCU に送信します。ここで、コントロール センター MCU は ZigBee コーディネーターを監視ノードのメンバーとして識別し、その識別されたアドレスは 0 です。プログラムはメイン ループに入ります。まず、ターミナルノードから送信された新しいデータがあるかどうかを判断し、存在する場合、データはコントロールセンターのMCUに直接送信されます。コントロール センターの MCU に命令が送信されているかどうかを確認し、送信されている場合は、対応する ZigBee ターミナル ノードに命令を送信します。セキュリティが開いているかどうか、強盗がいるかどうかを判断し、開いている場合は警報情報をコントロールセンターのMCUに送信します。ライトが自動制御状態にあるかどうかを判断し、そうであれば、サンプリングのためにアナログデジタルコンバータをオンにします。サンプリング値がライトをオンまたはオフにするキーになります。ライトの状態が変化した場合、新しい状態情報がコントロールセンターMC-Uに送信されます。
3.2 ZigBee ターミナル ノードのプログラミング
ZigBee 端末ノードとは、ZigBee コーディネーターによって制御される無線 ZigBee ノードを指します。システムでは主に監視ノードとオプションで家電コントローラを追加します。 ZigBee ターミナル ノードの初期化には、アプリケーション層の初期化、割り込みの開始、および I/O ポートの初期化も含まれます。次に、ZigBee ネットワークに参加してみます。 ZigBee コーディネーターがセットアップされたエンドノードのみがネットワークに参加できることに注意することが重要です。 ZigBee ターミナル ノードがネットワークへの参加に失敗した場合、ネットワークへの参加が成功するまで 2 秒ごとに再試行されます。ネットワークに正常に参加した後、ZI-Gbee ターミナル ノードはその登録情報を ZigBee コーディネーターに送信し、ZigBee コーディネーターはそれをコントロール センターの MCU に転送して、ZigBee ターミナル ノードの登録を完了します。 ZigBeeターミナルノードが監視ノードであれば、照明やセキュリティの制御を実現できます。このプログラムは ZigBee コーディネーターに似ていますが、監視ノードが ZigBee コーディネーターにデータを送信する必要があり、ZigBee コーディネーターがコントロール センターの MCU にデータを送信する点が異なります。 ZigBeeターミナルノードが電動ファンコントローラの場合、状態をアップロードせずに上位コンピュータのデータを受信するだけでよいため、無線データ受信の中断で直接制御を完了することができます。無線データ受信中断では、すべての端末ノードは受信した制御命令をノード自体の制御パラメータに変換し、ノードのメインプログラムで受信した無線命令を処理しません。
4 オンラインデバッグ
中央制御管理システムから発行された固定設備の命令コードの増加命令は、コンピュータのシリアルポートを介してコントロールセンターのMCUに送信され、2線インターフェースを介してコーディネータに送信され、ZigBee端末に送信されます。コーディネーターによるノード。ターミナルノードがデータを受信すると、再度シリアルポートを介してPCにデータが送信されます。この PC では、ZigBee ターミナル ノードが受信したデータがコントロール センターから送信されたデータと比較されます。中央制御管理システムは毎秒 2 つの命令を送信します。 5 時間のテスト後、受信パケットの総数が 36,000 パケットであることが示された時点で、テスト ソフトウェアは停止します。マルチプロトコルデータ伝送試験ソフトウェアの試験結果を図6に示します。正解パケット数は36,000、誤パケット数は0、正解率は100%でした。
ZigBee テクノロジーはスマート ホームの内部ネットワークを実現するために使用されており、便利なリモート制御、新しい機器の柔軟な追加、信頼性の高い制御パフォーマンスという利点があります。 RFTD テクノロジーは、ユーザーの識別を実現し、システムのセキュリティを向上させるために使用されます。 GSM モジュールへのアクセスを通じて、リモート制御とアラーム機能が実現されます。
投稿時刻: 2022 年 1 月 6 日