Casa inteligente é uma casa como plataforma, que utiliza tecnologia de cabeamento integrado, tecnologia de comunicação em rede, tecnologia de segurança, tecnologia de controle automático, tecnologia de áudio e vídeo para integrar as instalações relacionadas à vida doméstica, programar para construir instalações residenciais eficientes e sistemas de gestão de assuntos familiares, melhorar a segurança doméstica, conveniência, conforto, arte e realizar a proteção ambiental e economizar energia em um ambiente de vida. Com base na definição mais recente de casa inteligente, consulte as características da tecnologia ZigBee. O design deste sistema, o necessário em conter um sistema de casa inteligente (sistema de controle central de casa inteligente, sistema de controle de iluminação residencial, sistemas de segurança residencial), com base na junção do sistema de cabeamento doméstico, sistema de rede doméstica, sistema de música ambiente e sistema de controle do ambiente familiar. Com base na afirmação de que vive em inteligência, instale todos os sistemas necessários completamente apenas, e o sistema doméstico que instalou sistemas opcionais de um tipo ou mais pode chamar de vida inteligente. Portanto, este sistema pode ser chamado de casa inteligente.
1. Esquema de Projeto do Sistema
O sistema é composto por dispositivos controlados e dispositivos de controle remoto na residência. Entre eles, os dispositivos controlados na família incluem principalmente o computador com acesso à internet, a central de controle, o nó de monitoramento e o controlador de eletrodomésticos que pode ser adicionado. Os dispositivos de controle remoto são compostos principalmente por computadores remotos e celulares.
As principais funções do sistema são: 1) Navegação na página inicial da web e gerenciamento de informações de fundo; 2) Controle de interruptores de eletrodomésticos, segurança e iluminação interna via internet e celular; 3) Identificação do usuário por meio do módulo RFID, permitindo a comutação do status de segurança interna, enviando um alerta por SMS para o usuário em caso de roubo; 4) Controle local e exibição do status da iluminação interna e eletrodomésticos por meio do software do sistema de gerenciamento de controle central; 5) Armazenamento de informações pessoais e status dos equipamentos internos por meio do banco de dados. É conveniente para os usuários consultarem o status dos equipamentos internos por meio do sistema de controle e gerenciamento central.
2. Projeto de hardware do sistema
O design de hardware do sistema inclui o design do centro de controle, o nó de monitoramento e a adição opcional do controlador do eletrodoméstico (veja o controlador do ventilador elétrico como exemplo).
2.1 O Centro de Controle
As principais funções da central de controle são as seguintes: 1) Construir uma rede sem fio ZigBee, adicionar todos os nós de monitoramento à rede e realizar a recepção de novos equipamentos; 2) Identificar o usuário, acessando o switch de segurança interno através do cartão de usuário; 3) Em caso de invasão de um ladrão, enviar uma mensagem curta para o usuário, acionando o alarme. Os usuários também podem controlar a segurança interna, a iluminação e os eletrodomésticos por meio de mensagens curtas; 4) Quando o sistema estiver funcionando sozinho, o LCD exibirá o status atual do sistema, facilitando a visualização pelos usuários; 5) Armazenar o status dos equipamentos elétricos e enviá-lo ao computador para ativar o sistema online.
O hardware suporta acesso múltiplo por detecção de portadora/detecção de colisão (CSMA/CA). A tensão de operação de 2,0 ~ 3,6 V proporciona baixo consumo de energia para o sistema. Configure uma rede ZigBee em estrela sem fio em ambientes internos conectando-se ao módulo coordenador ZigBee na central de controle. Selecione todos os nós de monitoramento para adicionar o controlador de eletrodomésticos como nó terminal na rede, a fim de realizar o controle da rede ZigBee sem fio para segurança interna e eletrodomésticos.
2.2 Nós de Monitoramento
As funções do nó de monitoramento são as seguintes: 1) detecção de sinal do corpo humano, alarme sonoro e luminoso quando ladrões invadem; 2) controle de iluminação, o modo de controle é dividido em controle automático e controle manual, o controle automático liga/desliga a luz automaticamente de acordo com a intensidade da luz interna, o controle de iluminação manual é feito por meio do sistema de controle central, (3) as informações de alarme e outras informações são enviadas ao centro de controle e recebem comandos de controle do centro de controle para concluir o controle do equipamento.
O modo de detecção infravermelho mais micro-ondas é o método mais comum na detecção de sinais do corpo humano. A sonda infravermelha piroelétrica é RE200B, e o dispositivo de amplificação é BISS0001. RE200B é alimentado por tensão de 3-10 V e possui elemento infravermelho piroelétrico de dupla sensibilidade integrado. Quando o elemento recebe luz infravermelha, o efeito fotoelétrico ocorrerá nos polos de cada elemento e a carga se acumulará. BISS0001 é um ASIC híbrido digital-analógico composto por amplificador operacional, comparador de tensão, controlador de estado, temporizador de tempo de atraso e temporizador de tempo de bloqueio. Juntamente com RE200B e alguns componentes, o interruptor infravermelho piroelétrico passivo pode ser formado. O módulo Ant-g100 foi usado para o sensor de micro-ondas, a frequência central foi de 10 GHz e o tempo máximo de estabelecimento foi de 6 μs. Combinado com o módulo infravermelho piroelétrico, a taxa de erro de detecção de alvo pode ser efetivamente reduzida.
O módulo de controle de iluminação é composto principalmente por um resistor fotossensível e um relé de controle de iluminação. Conecte o resistor fotossensível em série com o resistor ajustável de 10 K ω, conecte a outra extremidade do resistor fotossensível ao terra e a outra extremidade do resistor ajustável ao nível alto. O valor da tensão dos dois pontos de conexão da resistência é obtido através do conversor analógico-digital SCM para determinar se a luminária está acesa. A resistência ajustável pode ser ajustada pelo usuário para corresponder à intensidade da luz quando a luminária é ligada. Os interruptores de iluminação interna são controlados por relés. Apenas uma porta de entrada/saída pode ser utilizada.
2.3 Selecione o controlador de eletrodoméstico adicionado
Optar por adicionar o controle de eletrodomésticos de acordo com a função do dispositivo para obter o controle do dispositivo, usando o ventilador elétrico como exemplo. O controle do ventilador é feito pelo centro de controle, que enviará instruções de controle do ventilador do PC para o controlador do ventilador elétrico por meio da implementação da rede ZigBee. O número de identificação de diferentes aparelhos é diferente, por exemplo, o número de identificação do ventilador previsto neste contrato é 122, e o número de identificação da TV colorida doméstica é 123, permitindo assim o reconhecimento de diferentes centros de controle de eletrodomésticos. Para o mesmo código de instrução, diferentes eletrodomésticos desempenham funções diferentes. A Figura 4 mostra a composição dos eletrodomésticos selecionados para adição.
3. Projeto de software do sistema
O design do software do sistema inclui principalmente seis partes, que são design de página da web de controle remoto, design de sistema de gerenciamento de controle central, design do programa do controlador principal do centro de controle ATMegal28, design do programa do coordenador CC2430, design do programa do nó de monitoramento CC2430, design do programa de seleção de adição de dispositivo CC2430.
3.1 Design do programa ZigBee Coordinator
O coordenador primeiro conclui a inicialização da camada de aplicação, define o estado da camada de aplicação e o estado de recebimento como inativo, ativa as interrupções globais e inicializa a porta de E/S. Em seguida, o coordenador inicia a construção de uma rede sem fio em estrela. No protocolo, o coordenador seleciona automaticamente a banda de 2,4 GHz, o número máximo de bits por segundo é 62.500, o PANID padrão é 0 × 1347, a profundidade máxima da pilha é 5, o número máximo de bytes por envio é 93 e a taxa de transmissão da porta serial é 57.600 bits/s. O SL0W TIMER gera 10 interrupções por segundo. Após o estabelecimento bem-sucedido da rede ZigBee, o coordenador envia seu endereço para a MCU do centro de controle. Aqui, a MCU do centro de controle identifica o Coordenador ZigBee como um membro do nó de monitoramento e seu endereço identificado é 0. O programa entra no loop principal. Primeiro, determine se há novos dados enviados pelo nó terminal, se houver, os dados são transmitidos diretamente para a MCU do centro de controle; Determine se a MCU do centro de controle tem instruções enviadas, se sim, envie as instruções para o nó terminal ZigBee correspondente; Julgue se a segurança está aberta, se há um ladrão, se sim, envie as informações de alarme para a MCU do centro de controle; Julgue se a luz está no estado de controle automático, se sim, ligue o conversor analógico-digital para amostragem, o valor de amostragem é a chave para ligar ou desligar a luz, se o estado da luz mudar, as novas informações de estado são transmitidas para a MC-U do centro de controle.
3.2 Programação do nó terminal ZigBee
O nó terminal ZigBee refere-se ao nó ZigBee sem fio controlado pelo coordenador ZigBee. No sistema, é principalmente o nó de monitoramento e a adição opcional de um controlador de eletrodomésticos. A inicialização dos nós terminais ZigBee também inclui a inicialização da camada de aplicação, a abertura de interrupções e a inicialização das portas de E/S. Em seguida, tente se conectar à rede ZigBee. É importante observar que apenas nós finais com a configuração do coordenador ZigBee têm permissão para se conectar à rede. Se o nó terminal ZigBee não conseguir se conectar à rede, ele tentará novamente a cada dois segundos até se conectar com sucesso. Após se conectar à rede com sucesso, o nó terminal ZI-Gbee envia suas informações de registro para o coordenador ZigBee, que as encaminha para a MCU da central de controle para concluir o registro do nó terminal ZigBee. Se o nó terminal ZigBee for um nó de monitoramento, ele pode realizar o controle de iluminação e segurança. O programa é semelhante ao coordenador ZigBee, exceto que o nó de monitoramento precisa enviar dados ao coordenador ZigBee, e então o coordenador ZigBee envia os dados para a microcontroladora (MCU) do centro de controle. Se o nó terminal ZigBee for um controlador de ventilador elétrico, ele precisa receber apenas os dados do computador superior sem carregar o estado, de modo que seu controle pode ser concluído diretamente na interrupção do recebimento de dados sem fio. Na interrupção do recebimento de dados sem fio, todos os nós terminais traduzem as instruções de controle recebidas nos parâmetros de controle do próprio nó e não processam as instruções sem fio recebidas no programa principal do nó.
4 Depuração Online
As instruções crescentes para o código de instrução do equipamento fixo emitido pelo sistema de gerenciamento de controle central são enviadas para a MCU do centro de controle através da porta serial do computador, para o coordenador através da interface de duas linhas e, em seguida, para o nó terminal ZigBee pelo coordenador. Quando o nó terminal recebe os dados, eles são enviados novamente para o PC através da porta serial. Neste PC, os dados recebidos pelo nó terminal ZigBee são comparados com os dados enviados pelo centro de controle. O sistema de gerenciamento de controle central envia duas instruções a cada segundo. Após 5 horas de teste, o software de teste para quando mostra que o número total de pacotes recebidos é de 36.000 pacotes. Os resultados do teste do software de teste de transmissão de dados multiprotocolo são mostrados na Figura 6. O número de pacotes corretos é 36.000, o número de pacotes incorretos é 0 e a taxa de precisão é de 100%.
A tecnologia ZigBee é utilizada para implementar a rede interna da casa inteligente, que oferece as vantagens de controle remoto conveniente, adição flexível de novos equipamentos e desempenho de controle confiável. A tecnologia RFTD é utilizada para identificar o usuário e aprimorar a segurança do sistema. Através do acesso ao módulo GSM, as funções de controle remoto e alarme são implementadas.
Horário da postagem: 06/01/2022