La casa intelligente è una casa come piattaforma che utilizza tecnologie di cablaggio integrate, tecnologie di comunicazione di rete, tecnologie di sicurezza, tecnologie di controllo automatico, tecnologie audio e video per integrare le strutture relative alla vita domestica, pianificare la costruzione di strutture residenziali efficienti e sistemi di gestione degli affari familiari, migliorare la sicurezza domestica, la praticità, il comfort, l'arte e realizzare un ambiente di vita rispettoso dell'ambiente e a basso consumo energetico. Sulla base della più recente definizione di casa intelligente, che fa riferimento alle caratteristiche della tecnologia ZigBee, la progettazione di questo sistema include un sistema di casa intelligente (sistema di controllo (centralizzato) della casa intelligente, sistema di controllo dell'illuminazione domestica, sistemi di sicurezza domestica), basato sull'integrazione del sistema di cablaggio domestico, del sistema di rete domestica, del sistema di musica di sottofondo e del sistema di controllo dell'ambiente familiare. Affermando che vive in intelligenza, sono installati tutti i sistemi necessari e solo un sistema domestico che ha installato almeno un sistema opzionale di un tipo o superiore può essere definito intelligente. Pertanto, questo sistema può essere definito casa intelligente.
1. Schema di progettazione del sistema
Il sistema è composto da dispositivi controllati e dispositivi di controllo remoto presenti in casa. Tra questi, i dispositivi controllati includono principalmente il computer con accesso a Internet, il centro di controllo, il nodo di monitoraggio e il controller degli elettrodomestici che possono essere aggiunti. I dispositivi di controllo remoto sono principalmente costituiti da computer e telefoni cellulari remoti.
Le funzioni principali del sistema sono: 1) Navigazione nella home page del sito web, gestione delle informazioni di base; 2) Controllo degli elettrodomestici, della sicurezza e dell'illuminazione tramite Internet e telefono cellulare; 3) Identificazione dell'utente tramite modulo RFID, per attivare la commutazione dello stato di sicurezza interna e, in caso di furto, l'invio di un SMS di allarme; 4) Controllo locale e visualizzazione dello stato dell'illuminazione e degli elettrodomestici tramite il software del sistema di controllo centralizzato; 5) L'archiviazione delle informazioni personali e dello stato delle apparecchiature interne avviene tramite database. Gli utenti possono facilmente consultare lo stato delle apparecchiature interne tramite il sistema di controllo centralizzato.
2. Progettazione hardware del sistema
La progettazione hardware del sistema comprende la progettazione del centro di controllo, del nodo di monitoraggio e l'aggiunta opzionale del controller dell'elettrodomestico (prendiamo ad esempio il controller del ventilatore elettrico).
2.1 Il Centro di Controllo
Le funzioni principali del centro di controllo sono le seguenti: 1) Creare una rete wireless ZigBee, aggiungere tutti i nodi di monitoraggio alla rete e gestire la ricezione di nuove apparecchiature; 2) Identificare l'utente, a casa o tramite la tessera utente, per attivare la sicurezza interna; 3) Quando un ladro si introduce nella stanza, inviare un breve messaggio all'utente per attivare l'allarme. Gli utenti possono anche controllare la sicurezza interna, l'illuminazione e gli elettrodomestici tramite brevi messaggi; 4) Quando il sistema è in funzione da solo, il display LCD visualizza lo stato corrente del sistema, utile per gli utenti; 5) Memorizzare lo stato delle apparecchiature elettriche e inviarlo al PC per gestire il sistema online.
L'hardware supporta il rilevamento di collisioni/accesso multiplo Carrier Sense (CSMA/CA). La tensione di esercizio di 2,0 ~ 3,6 V favorisce un basso consumo energetico del sistema. È possibile configurare una rete a stella wireless ZigBee in ambienti interni collegandosi al modulo coordinatore ZigBee nel centro di controllo. Inoltre, tutti i nodi di monitoraggio selezionati, per aggiungere il controller dell'elettrodomestico come nodo terminale, si uniscono alla rete, in modo da realizzare il controllo wireless ZigBee della sicurezza interna e degli elettrodomestici.
2.2 Monitoraggio dei nodi
Le funzioni del nodo di monitoraggio sono le seguenti: 1) rilevamento del segnale del corpo umano, allarme sonoro e luminoso in caso di intrusione da parte dei ladri; 2) controllo dell'illuminazione, la modalità di controllo è divisa in controllo automatico e controllo manuale, il controllo automatico accende/spegne automaticamente la luce in base all'intensità della luce interna, il controllo manuale dell'illuminazione avviene tramite il sistema di controllo centrale, (3) le informazioni di allarme e altre informazioni vengono inviate al centro di controllo e ricevono comandi di controllo dal centro di controllo per completare il controllo dell'apparecchiatura.
La modalità di rilevamento a infrarossi più microonde è il metodo più comune per la rilevazione dei segnali del corpo umano. La sonda piroelettrica a infrarossi è la RE200B e il dispositivo di amplificazione è il BISS0001. La RE200B è alimentata da una tensione di 3-10 V e integra un elemento piroelettrico a infrarossi a doppia sensibilità. Quando l'elemento riceve luce infrarossa, l'effetto fotoelettrico si verifica ai poli di ciascun elemento e la carica si accumula. Il BISS0001 è un circuito integrato ibrido digitale-analogico composto da amplificatore operazionale, comparatore di tensione, controllore di stato, timer di ritardo e timer di blocco. Insieme alla RE200B e ad alcuni componenti, è possibile realizzare l'interruttore passivo a infrarossi piroelettrico. Il modulo ANT-G100 è stato utilizzato come sensore a microonde, con frequenza centrale di 10 GHz e tempo di stabilizzazione massimo di 6 μs. In combinazione con il modulo piroelettrico a infrarossi, è possibile ridurre efficacemente il tasso di errore nel rilevamento del bersaglio.
Il modulo di controllo della luce è composto principalmente da un resistore fotosensibile e da un relè di controllo della luce. Collegare il resistore fotosensibile in serie al resistore regolabile da 10 K ω, quindi collegare l'altra estremità del resistore fotosensibile a terra e collegare l'altra estremità del resistore regolabile al livello alto. Il valore di tensione dei due punti di collegamento della resistenza viene ottenuto tramite il convertitore analogico-digitale SCM per determinare se la luce corrente è accesa. La resistenza regolabile può essere regolata dall'utente per soddisfare l'intensità luminosa quando la luce è appena accesa. Gli interruttori dell'illuminazione interna sono controllati da relè. È possibile utilizzare una sola porta di ingresso/uscita.
2.3 Selezionare il controller dell'elettrodomestico aggiunto
Scegliere di aggiungere il controllo degli elettrodomestici principalmente in base alla funzione del dispositivo per ottenere il controllo del dispositivo, in questo caso un ventilatore elettrico come esempio. Il controllo del ventilatore è il centro di controllo; le istruzioni di controllo del ventilatore del PC vengono inviate al controller del ventilatore elettrico tramite l'implementazione della rete ZigBee. I numeri di identificazione dei diversi elettrodomestici sono diversi, ad esempio, il numero di identificazione del ventilatore previsto da questo accordo è 122, mentre il numero di identificazione del televisore a colori domestico è 123, realizzando così il riconoscimento del centro di controllo dei diversi elettrodomestici. Per lo stesso codice di istruzione, diversi elettrodomestici svolgono funzioni diverse. La Figura 4 mostra la composizione degli elettrodomestici selezionati per l'aggiunta.
3. Progettazione del software di sistema
La progettazione del software di sistema comprende principalmente sei parti, ovvero la progettazione della pagina web di controllo remoto, la progettazione del sistema di gestione del controllo centrale, la progettazione del programma del controller principale del centro di controllo ATMegal28, la progettazione del programma del coordinatore CC2430, la progettazione del programma del nodo di monitoraggio CC2430 e la progettazione del programma di selezione e aggiunta del dispositivo CC2430.
3.1 Progettazione del programma ZigBee Coordinator
Il coordinatore completa innanzitutto l'inizializzazione del livello applicativo, imposta lo stato del livello applicativo e lo stato di ricezione su inattivo, quindi attiva gli interrupt globali e inizializza la porta di I/O. Il coordinatore inizia quindi a costruire una rete wireless a stella. Nel protocollo, il coordinatore seleziona automaticamente la banda a 2,4 GHz, il numero massimo di bit al secondo è 62.500, il PANID predefinito è 0×1347, la profondità massima dello stack è 5, il numero massimo di byte per invio è 93 e la velocità in baud della porta seriale è 57.600 bit/s. Il TIMER SL0W genera 10 interrupt al secondo. Dopo che la rete ZigBee è stata stabilita correttamente, il coordinatore invia il suo indirizzo alla MCU del centro di controllo. Qui, la MCU del centro di controllo identifica il coordinatore ZigBee come membro del nodo di monitoraggio e il suo indirizzo identificato è 0. Il programma entra nel ciclo principale. Innanzitutto, determinare se ci sono nuovi dati inviati dal nodo terminale, in tal caso, i dati vengono trasmessi direttamente all'MCU del centro di controllo; determinare se l'MCU del centro di controllo ha istruzioni inviate, in tal caso, inviare le istruzioni al nodo terminale ZigBee corrispondente; valutare se la sicurezza è aperta, se c'è un ladro, in tal caso, inviare le informazioni di allarme all'MCU del centro di controllo; valutare se la luce è in stato di controllo automatico, in tal caso, accendere il convertitore analogico-digitale per il campionamento, il valore di campionamento è la chiave per accendere o spegnere la luce, se lo stato della luce cambia, le nuove informazioni sullo stato vengono trasmesse all'MC-U del centro di controllo.
3.2 Programmazione del nodo terminale ZigBee
Il nodo terminale ZigBee si riferisce al nodo ZigBee wireless controllato dal coordinatore ZigBee. Nel sistema, svolge principalmente la funzione di nodo di monitoraggio e, facoltativamente, di controller per elettrodomestici. L'inizializzazione dei nodi terminali ZigBee include anche l'inizializzazione del livello applicativo, l'apertura degli interrupt e l'inizializzazione delle porte I/O. Successivamente, il nodo tenta di connettersi alla rete ZigBee. È importante notare che solo i nodi terminali con un coordinatore ZigBee configurato possono connettersi alla rete. Se il nodo terminale ZigBee non riesce a connettersi alla rete, riproverà ogni due secondi finché non si connetterà correttamente. Dopo essersi connesso alla rete, il nodo terminale ZI-Gbee invia le sue informazioni di registrazione al coordinatore ZigBee, che le inoltra alla MCU del centro di controllo per completare la registrazione del nodo terminale ZigBee. Se il nodo terminale ZigBee è un nodo di monitoraggio, può gestire il controllo dell'illuminazione e della sicurezza. Il programma è simile al coordinatore ZigBee, con la differenza che il nodo di monitoraggio deve inviare dati al coordinatore ZigBee, il quale a sua volta invia i dati alla MCU del centro di controllo. Se il nodo terminale ZigBee è un controller di ventole elettriche, deve solo ricevere i dati dal computer superiore senza caricarne lo stato, in modo che il suo controllo possa essere completato direttamente durante l'interruzione della ricezione dei dati wireless. In caso di interruzione della ricezione dei dati wireless, tutti i nodi terminali traducono le istruzioni di controllo ricevute nei parametri di controllo del nodo stesso e non elaborano le istruzioni wireless ricevute nel programma principale del nodo.
4 Debug online
Le istruzioni crescenti per il codice di istruzione delle apparecchiature fisse emesse dal sistema di controllo centrale vengono inviate all'MCU del centro di controllo tramite la porta seriale del computer e al coordinatore tramite l'interfaccia a due linee, quindi al nodo terminale ZigBee dal coordinatore. Quando il nodo terminale riceve i dati, questi vengono nuovamente inviati al PC tramite la porta seriale. Su questo PC, i dati ricevuti dal nodo terminale ZigBee vengono confrontati con i dati inviati dal centro di controllo. Il sistema di controllo centrale invia 2 istruzioni al secondo. Dopo 5 ore di test, il software di test si interrompe quando mostra che il numero totale di pacchetti ricevuti è 36.000. I risultati del test del software di test della trasmissione dati multiprotocollo sono mostrati nella Figura 6. Il numero di pacchetti corretti è 36.000, il numero di pacchetti errati è 0 e il tasso di precisione è del 100%.
La tecnologia ZigBee viene utilizzata per realizzare la rete interna della casa intelligente, offrendo i vantaggi di un comodo controllo remoto, della flessibilità nell'aggiunta di nuove apparecchiature e di prestazioni di controllo affidabili. La tecnologia RFTD viene utilizzata per l'identificazione dell'utente e per migliorare la sicurezza del sistema. Attraverso l'accesso al modulo GSM, vengono implementate le funzioni di controllo remoto e di allarme.
Data di pubblicazione: 06-01-2022