كيفية تصميم المنزل الذكي القائم على زيجبي؟

المنزل الذكي هو منزل كمنصة، واستخدام تكنولوجيا الأسلاك المتكاملة، وتكنولوجيا اتصالات الشبكة، وتكنولوجيا الأمن، وتكنولوجيا التحكم الآلي، وتكنولوجيا الصوت والفيديو لدمج المرافق المتعلقة بالحياة المنزلية، والجدول الزمني لبناء مرافق سكنية فعالة ونظام إدارة شؤون الأسرة ، تحسين أمن المنزل، والراحة، والراحة، والفنية، وتحقيق حماية البيئة وبيئة المعيشة الموفرة للطاقة. استناداً إلى التعريف الأحدث للمنزل الذكي، يمكن الرجوع إلى خصائص تقنية ZigBee، وتصميم هذا النظام الضروري الذي يحتوي على نظام المنزل الذكي (نظام التحكم في المنزل الذكي (المركزي)، نظام التحكم في الإضاءة المنزلية، أنظمة أمان المنزل)، على أساس الانضمام إلى نظام الأسلاك المنزلية ونظام الشبكة المنزلية ونظام الموسيقى الخلفية ونظام التحكم في البيئة العائلية. وعلى التأكيد الذي يعيش في الذكاء، تم تثبيت كل النظام الضروري بشكل كامل فقط، ونظام المنزل الذي تم تركيب نظام اختياري من نوع واحد فما فوقه على الأقل يمكن أن يسمى الذكاء يعيش فيه. ولذلك يمكن تسمية هذا النظام بالمنزل الذكي.

1. مخطط تصميم النظام

يتكون النظام من أجهزة التحكم وأجهزة التحكم عن بعد في المنزل. من بينها، تشمل الأجهزة التي يتم التحكم فيها في العائلة بشكل أساسي الكمبيوتر الذي يمكنه الوصول إلى الإنترنت ومركز التحكم وعقدة المراقبة وجهاز التحكم في الأجهزة المنزلية التي يمكن إضافتها. تتكون أجهزة التحكم عن بعد بشكل أساسي من أجهزة الكمبيوتر والهواتف المحمولة عن بعد.

الوظائف الرئيسية للنظام هي: 1) تصفح الصفحة الأولى لصفحة الويب وإدارة المعلومات الخلفية؛ 2) تحقيق التحكم في تبديل الأجهزة المنزلية الداخلية والأمن والإضاءة من خلال الإنترنت والهاتف المحمول؛ 3) من خلال وحدة RFID لتحقيق تحديد هوية المستخدم، وذلك لاستكمال مفتاح حالة الأمان الداخلي، في حالة السرقة من خلال إنذار الرسائل القصيرة للمستخدم؛ 4) من خلال برنامج نظام إدارة التحكم المركزي لإكمال التحكم المحلي وعرض الحالة للإضاءة الداخلية والأجهزة المنزلية؛ 5) يتم إكمال تخزين المعلومات الشخصية وتخزين حالة المعدات الداخلية باستخدام قاعدة البيانات. إنه مناسب للمستخدمين للاستعلام عن حالة المعدات الداخلية من خلال نظام التحكم والإدارة المركزي.

2. تصميم أجهزة النظام

يتضمن تصميم أجهزة النظام تصميم مركز التحكم وعقدة المراقبة والإضافة الاختيارية لوحدة تحكم الأجهزة المنزلية (خذ وحدة التحكم بالمروحة الكهربائية كمثال).

2.1 مركز التحكم

المهام الرئيسية لمركز التحكم هي كما يلي: 1) لبناء شبكة ZigBee لاسلكية، وإضافة جميع عقد المراقبة إلى الشبكة، وتحقيق استقبال المعدات الجديدة؛ 2) تحديد هوية المستخدم، المستخدم في المنزل أو في الخلف من خلال بطاقة المستخدم لتحقيق مفتاح الأمان الداخلي؛ 3) عندما يقتحم لص الغرفة، أرسل رسالة قصيرة للمستخدم للتنبيه. ويمكن للمستخدمين أيضًا التحكم في الأمن الداخلي والإضاءة والأجهزة المنزلية من خلال الرسائل القصيرة؛ 4) عندما يعمل النظام بمفرده، تعرض شاشة LCD حالة النظام الحالية، وهو أمر مناسب للمستخدمين لمشاهدته؛ 5) تخزين حالة المعدات الكهربائية وإرسالها إلى جهاز الكمبيوتر لتحقيق النظام عبر الإنترنت.

يدعم الجهاز إمكانية الوصول المتعدد/اكتشاف الاصطدام (CSMA/CA). إن جهد التشغيل 2.0 ~ 3.6V يفضي إلى انخفاض استهلاك الطاقة للنظام. قم بإعداد شبكة ZigBee star اللاسلكية في الداخل عن طريق الاتصال بوحدة منسق ZigBee في مركز التحكم. وتم اختيار جميع عقد المراقبة لإضافة وحدة تحكم الأجهزة المنزلية باعتبارها العقدة الطرفية في الشبكة للانضمام إلى الشبكة، وذلك لتحقيق التحكم في شبكة ZigBee اللاسلكية للأمن الداخلي والأجهزة المنزلية.

2.2 عقد المراقبة

وظائف عقدة المراقبة هي كما يلي: 1) كشف إشارة جسم الإنسان، إنذار الصوت والضوء عند غزو اللصوص؛ 2) التحكم في الإضاءة، وينقسم وضع التحكم إلى التحكم الآلي والتحكم اليدوي، التحكم الآلي هو تشغيل / إيقاف الضوء تلقائيا وفقا لقوة الضوء الداخلي، التحكم اليدوي في الإضاءة من خلال نظام التحكم المركزي، (3) يتم إرسال معلومات الإنذار والمعلومات الأخرى إلى مركز التحكم، ويتلقى أوامر التحكم من مركز التحكم لاستكمال التحكم في المعدات.

يعد وضع الكشف عن الأشعة تحت الحمراء والميكروويف هو الطريقة الأكثر شيوعًا للكشف عن إشارات جسم الإنسان. مسبار الأشعة تحت الحمراء الكهروضوئية هو RE200B، وجهاز التضخيم هو BISS0001. يتم تشغيل RE200B بجهد 3-10 فولت ويحتوي على عنصر الأشعة تحت الحمراء المدمج ثنائي الحساسية الكهروضوئي. عندما يتلقى العنصر ضوء الأشعة تحت الحمراء، سيحدث التأثير الكهروضوئي عند أقطاب كل عنصر وسوف تتراكم الشحنة. BISS0001 عبارة عن ASIC هجين رقمي تناظري يتكون من مضخم تشغيلي ومقارنة الجهد ووحدة تحكم الحالة ومؤقت وقت التأخير ومؤقت وقت الحظر. جنبا إلى جنب مع RE200B وبعض المكونات، يمكن تشكيل مفتاح الأشعة تحت الحمراء الكهروحرارية السلبية. تم استخدام وحدة Ant-g100 لمستشعر الموجات الدقيقة، وكان التردد المركزي 10 جيجا هرتز، وكان الحد الأقصى لوقت التأسيس 6 ميكروثانية. مع وحدة الأشعة تحت الحمراء الكهروحرارية، يمكن تقليل معدل الخطأ في اكتشاف الهدف بشكل فعال.

تتكون وحدة التحكم في الضوء بشكل أساسي من مقاوم حساس للضوء ومرحل التحكم في الضوء. قم بتوصيل المقاوم الحساس للضوء على التوالي مع المقاوم القابل للتعديل بقيمة 10 Kω، ثم قم بتوصيل الطرف الآخر من المقاوم الحساس للضوء بالأرض، وقم بتوصيل الطرف الآخر من المقاوم القابل للتعديل بالمستوى العالي. يتم الحصول على قيمة الجهد لنقطتي اتصال المقاومة من خلال المحول التناظري إلى الرقمي SCM لتحديد ما إذا كان الضوء الحالي قيد التشغيل. يمكن للمستخدم تعديل المقاومة القابلة للتعديل لتتوافق مع شدة الضوء عند تشغيل الضوء للتو. يتم التحكم في مفاتيح الإضاءة الداخلية بواسطة المرحلات. يمكن تحقيق منفذ إدخال/إخراج واحد فقط.

2.3 حدد وحدة تحكم الأجهزة المنزلية المضافة

اختر إضافة التحكم في الأجهزة المنزلية بشكل أساسي حسب وظيفة الجهاز لتحقيق التحكم بالجهاز، هنا المروحة الكهربائية كمثال. التحكم في المروحة هو مركز التحكم، وسيتم إرسال تعليمات التحكم في مروحة الكمبيوتر إلى وحدة تحكم المروحة الكهربائية من خلال تنفيذ شبكة ZigBee، ويختلف رقم تعريف الأجهزة المختلفة، على سبيل المثال، أحكام رقم تعريف مروحة الاتفاقية هذه هي 122، رقم تعريف التلفزيون الملون المحلي هو 123، وبالتالي تحقيق الاعتراف بمركز التحكم في الأجهزة المنزلية الكهربائية المختلفة. لنفس رمز التعليمات، تؤدي الأجهزة المنزلية المختلفة وظائف مختلفة. ويبين الشكل 4 تركيبة الأجهزة المنزلية المختارة للإضافة.

3. تصميم برمجيات النظام

يتضمن تصميم برنامج النظام بشكل أساسي ستة أجزاء، وهي تصميم صفحة الويب للتحكم عن بعد، وتصميم نظام إدارة التحكم المركزي، وتصميم برنامج وحدة التحكم الرئيسية لمركز التحكم ATMegal28، وتصميم برنامج منسق CC2430، وتصميم برنامج عقدة المراقبة CC2430، وتصميم برنامج CC2430 لتحديد إضافة جهاز.

3.1 تصميم برنامج منسق ZigBee

يكمل المنسق أولاً تهيئة طبقة التطبيق، ويضبط حالة طبقة التطبيق ويستقبل الحالة على الخمول، ثم يقوم بتشغيل المقاطعات العامة وتهيئة منفذ الإدخال/الإخراج. ثم يبدأ المنسق في بناء شبكة نجمية لاسلكية. في البروتوكول، يختار المنسق تلقائيًا نطاق 2.4 جيجا هرتز، والحد الأقصى لعدد البتات في الثانية هو 62500، ومعرف PANID الافتراضي هو 0×1347، والحد الأقصى لعمق المكدس هو 5، والحد الأقصى لعدد البايتات لكل إرسال هو 93، و معدل الباود للمنفذ التسلسلي هو 57600 بت / ثانية. يقوم SL0W TIMER بإنشاء 10 مقاطعات في الثانية. بعد إنشاء شبكة ZigBee بنجاح، يرسل المنسق عنوانه إلى MCU بمركز التحكم. هنا، يحدد مركز التحكم MCU منسق ZigBee كعضو في عقدة المراقبة، وعنوانه المحدد هو 0. يدخل البرنامج إلى الحلقة الرئيسية. أولاً، تحديد ما إذا كانت هناك بيانات جديدة مرسلة بواسطة العقدة الطرفية، وإذا كانت هناك بيانات جديدة، فسيتم نقل البيانات مباشرة إلى وحدة MCU الخاصة بمركز التحكم؛ تحديد ما إذا كانت وحدة MCU الخاصة بمركز التحكم تحتوي على تعليمات مرسلة، إذا كان الأمر كذلك، أرسل التعليمات إلى عقدة ZigBee الطرفية المقابلة؛ الحكم على ما إذا كان الأمن مفتوحًا، وما إذا كان هناك لص، وإذا كان الأمر كذلك، أرسل معلومات الإنذار إلى MCU بمركز التحكم؛ الحكم على ما إذا كان الضوء في حالة التحكم التلقائي، إذا كان الأمر كذلك، قم بتشغيل المحول التناظري إلى الرقمي لأخذ العينات، وقيمة أخذ العينات هي المفتاح لتشغيل أو إيقاف تشغيل الضوء، إذا تغيرت حالة الضوء، فإن معلومات الحالة الجديدة هي تنتقل إلى مركز التحكم MC-U.

3.2 برمجة عقدة زيجبي الطرفية

تشير عقدة ZigBee الطرفية إلى عقدة ZigBee اللاسلكية التي يتحكم فيها منسق ZigBee. في النظام، هي بشكل أساسي عقدة المراقبة والإضافة الاختيارية لوحدة تحكم الأجهزة المنزلية. تتضمن تهيئة العقد الطرفية لـ ZigBee أيضًا تهيئة طبقة التطبيق، وفتح المقاطعات، وتهيئة منافذ الإدخال/الإخراج. ثم حاول الانضمام إلى شبكة ZigBee. من المهم ملاحظة أنه يُسمح فقط للعقد النهائية المزودة بإعداد منسق ZigBee بالانضمام إلى الشبكة. إذا فشلت عقدة ZigBee الطرفية في الانضمام إلى الشبكة، فسوف تحاول مرة أخرى كل ثانيتين حتى تنضم إلى الشبكة بنجاح. بعد الانضمام إلى الشبكة بنجاح، ترسل العقدة الطرفية ZI-Gbee معلومات التسجيل الخاصة بها إلى منسق ZigBee، الذي يقوم بعد ذلك بإعادة توجيهها إلى MCU بمركز التحكم لإكمال تسجيل عقدة ZigBee الطرفية. إذا كانت العقدة الطرفية ZigBee عبارة عن عقدة مراقبة، فيمكنها تحقيق التحكم في الإضاءة والأمن. يشبه البرنامج منسق ZigBee، باستثناء أن عقدة المراقبة تحتاج إلى إرسال البيانات إلى منسق ZigBee، ثم يقوم منسق ZigBee بإرسال البيانات إلى MCU الخاصة بمركز التحكم. إذا كانت العقدة الطرفية ZigBee عبارة عن وحدة تحكم بمروحة كهربائية، فإنها تحتاج فقط إلى تلقي بيانات الكمبيوتر العلوي دون تحميل الحالة، لذلك يمكن إكمال التحكم بها مباشرة في انقطاع تلقي البيانات اللاسلكية. في حالة انقطاع استقبال البيانات اللاسلكية، تقوم جميع العقد الطرفية بترجمة تعليمات التحكم المستلمة إلى معلمات التحكم الخاصة بالعقدة نفسها، ولا تقوم بمعالجة التعليمات اللاسلكية المستلمة في البرنامج الرئيسي للعقدة.

4 تصحيح الأخطاء عبر الإنترنت

يتم إرسال التعليمات المتزايدة لرمز تعليمات المعدات الثابتة الصادر عن نظام إدارة التحكم المركزي إلى MCU بمركز التحكم من خلال المنفذ التسلسلي للكمبيوتر، وإلى المنسق من خلال واجهة ذات سطرين، ثم إلى محطة ZigBee عقدة من قبل المنسق. عندما تتلقى العقدة الطرفية البيانات، يتم إرسال البيانات إلى جهاز الكمبيوتر من خلال المنفذ التسلسلي مرة أخرى. على هذا الكمبيوتر، تتم مقارنة البيانات التي تستقبلها عقدة ZigBee الطرفية مع البيانات التي يرسلها مركز التحكم. يرسل نظام إدارة التحكم المركزي تعليمتين كل ثانية. بعد 5 ساعات من الاختبار، يتوقف برنامج الاختبار عندما يظهر أن إجمالي عدد الحزم المستلمة هو 36000 حزمة. تظهر نتائج اختبار برنامج اختبار نقل البيانات متعدد البروتوكولات في الشكل 6. عدد الحزم الصحيحة هو 36000، وعدد الحزم الخاطئة هو 0، ومعدل الدقة 100٪.

تُستخدم تقنية ZigBee لتحقيق الشبكات الداخلية للمنزل الذكي، والتي تتميز بمزايا التحكم عن بعد المريح والإضافة المرنة للمعدات الجديدة وأداء التحكم الموثوق. تُستخدم تقنية RFTD لتحقيق تعريف المستخدم وتحسين أمان النظام. من خلال الوصول إلى وحدة GSM، يتم تحقيق وظائف التحكم عن بعد والإنذار.