El hogar inteligente es una casa como plataforma que utiliza tecnología de cableado integrado, tecnología de comunicación en red, tecnología de seguridad, tecnología de control automático, tecnología de audio y video para integrar las instalaciones relacionadas con la vida doméstica, planificar la construcción de instalaciones residenciales eficientes y un sistema de gestión de asuntos familiares, mejorar la seguridad, la comodidad y el diseño del hogar, y lograr la protección del medio ambiente y el ahorro de energía. Basado en la última definición de hogar inteligente, consulte las características de la tecnología ZigBee. El diseño de este sistema incluye un sistema de hogar inteligente (sistema de control centralizado, sistema de control de iluminación, sistemas de seguridad), basado en la integración del sistema de cableado doméstico, el sistema de red doméstica, el sistema de música ambiental y el sistema de control del entorno familiar. Al afirmar que vive en inteligencia, se instalan todos los sistemas necesarios, y el sistema doméstico que instala un sistema opcional de al menos un tipo o superior puede considerarse inteligente. Por lo tanto, este sistema puede considerarse un hogar inteligente.
1. Esquema de diseño del sistema
El sistema se compone de dispositivos controlados y dispositivos de control remoto en el hogar. Entre ellos, los dispositivos controlados en la familia incluyen principalmente la computadora con acceso a internet, el centro de control, el nodo de monitoreo y el controlador de electrodomésticos que se puedan agregar. Los dispositivos de control remoto se componen principalmente de computadoras y teléfonos móviles remotos.
Las principales funciones del sistema son: 1) Navegación por la página principal de la página web y gestión de información de fondo; 2) Control de interruptores de electrodomésticos, seguridad e iluminación a través de internet y teléfono móvil; 3) Identificación del usuario mediante el módulo RFID para activar el estado de seguridad interior y, en caso de robo, enviar una alarma por SMS; 4) Control local y visualización del estado de la iluminación interior y los electrodomésticos a través del software del sistema de gestión de control central; 5) Almacenamiento de información personal y del estado de los equipos interiores mediante una base de datos. Los usuarios pueden consultar fácilmente el estado de los equipos interiores a través del sistema de gestión de control central.
2. Diseño del hardware del sistema
El diseño de hardware del sistema incluye el diseño del centro de control, el nodo de monitoreo y la adición opcional del controlador de electrodomésticos (tome el controlador del ventilador eléctrico como ejemplo).
2.1 El Centro de Control
Las principales funciones del centro de control son las siguientes: 1) Crear una red inalámbrica ZigBee, añadir todos los nodos de monitorización a la red y recibir nuevos equipos; 2) Identificar al usuario, ya sea en casa o de vuelta, mediante la tarjeta de usuario para activar la seguridad interior; 3) Enviar un mensaje corto al usuario para dar la alarma cuando un ladrón entra en la habitación. Los usuarios también pueden controlar la seguridad interior, la iluminación y los electrodomésticos mediante mensajes cortos; 4) Cuando el sistema funciona de forma independiente, la pantalla LCD muestra el estado actual del sistema, lo cual facilita la consulta; 5) Almacenar el estado de los equipos eléctricos y enviarlo a la PC para que el sistema esté en línea.
El hardware admite acceso múltiple por detección de portadora/detección de colisiones (CSMA/CA). El voltaje de funcionamiento de 2,0 a 3,6 V permite un bajo consumo de energía del sistema. Configure una red inalámbrica ZigBee en estrella en interiores conectándose al módulo coordinador ZigBee del centro de control. Todos los nodos de monitoreo seleccionados, incluyendo el controlador de electrodomésticos como nodo terminal, se unirán a la red para controlar la seguridad interior y los electrodomésticos mediante la red inalámbrica ZigBee.
2.2 Nodos de monitoreo
Las funciones del nodo de monitoreo son las siguientes: 1) detección de señales del cuerpo humano, alarma de sonido y luz cuando los ladrones invaden; 2) control de iluminación, el modo de control se divide en control automático y control manual, el control automático enciende / apaga la luz automáticamente de acuerdo con la intensidad de la luz interior, el control de iluminación de control manual es a través del sistema de control central, (3) la información de alarma y otra información enviada al centro de control y recibe comandos de control del centro de control para completar el control del equipo.
El modo de detección por infrarrojos y microondas es el más común para la detección de señales del cuerpo humano. La sonda infrarroja piroeléctrica es el RE200B y el dispositivo de amplificación es el BISS0001. El RE200B se alimenta con un voltaje de 3-10 V e incorpora un elemento infrarrojo piroeléctrico de doble sensibilidad. Cuando el elemento recibe luz infrarroja, se produce un efecto fotoeléctrico en los polos de cada elemento y la carga se acumula. El BISS0001 es un circuito integrado asIC híbrido digital-analógico compuesto por un amplificador operacional, un comparador de voltaje, un controlador de estado, un temporizador de retardo y un temporizador de bloqueo. Junto con el RE200B y algunos componentes, se puede formar el interruptor infrarrojo piroeléctrico pasivo. El módulo Ant-g100 se utilizó para el sensor de microondas, con una frecuencia central de 10 GHz y un tiempo máximo de establecimiento de 6 μs. Combinado con el módulo infrarrojo piroeléctrico, se puede reducir eficazmente la tasa de error en la detección de objetivos.
El módulo de control de iluminación se compone principalmente de una resistencia fotosensible y un relé. Conecte la resistencia fotosensible en serie con la resistencia ajustable de 10 K ω, luego conecte el otro extremo de la resistencia fotosensible a tierra y el otro extremo de la resistencia ajustable al nivel alto. El valor de voltaje de los dos puntos de conexión de la resistencia se obtiene mediante el convertidor analógico-digital SCM para determinar si la luz está encendida. El usuario puede ajustar la resistencia ajustable para ajustar la intensidad de la luz al encenderse. Los interruptores de iluminación interior se controlan mediante relés. Solo se puede lograr un puerto de entrada/salida.
2.3 Seleccione el controlador del electrodoméstico agregado
Se elige añadir el control de electrodomésticos según su función, como por ejemplo, un ventilador. El control del ventilador se realiza mediante el centro de control, que envía las instrucciones de control del ventilador de la PC al controlador a través de la red ZigBee. El número de identificación de cada electrodoméstico varía; por ejemplo, el número de identificación del ventilador según las disposiciones de este acuerdo es 122 y el de la televisión a color es 123, lo que permite el reconocimiento de diferentes centros de control de electrodomésticos. Para el mismo código de instrucción, cada electrodoméstico realiza funciones diferentes. La Figura 4 muestra la composición de los electrodomésticos seleccionados para la adición.
3. Diseño de software de sistema
El diseño del software del sistema incluye principalmente seis partes, que son el diseño de la página web de control remoto, el diseño del sistema de gestión de control central, el diseño del programa del controlador principal del centro de control ATMegal28, el diseño del programa del coordinador CC2430, el diseño del programa del nodo de monitoreo CC2430 y el diseño del programa de selección y adición de dispositivo CC2430.
3.1 Diseño del programa ZigBee Coordinador
El coordinador primero completa la inicialización de la capa de aplicación, establece el estado de la capa de aplicación y el estado de recepción en inactivo, luego activa las interrupciones globales e inicializa el puerto de E/S. El coordinador luego comienza a construir una red inalámbrica en estrella. En el protocolo, el coordinador selecciona automáticamente la banda de 2,4 GHz, el número máximo de bits por segundo es 62 500, el PANID predeterminado es 0×1347, la profundidad máxima de pila es 5, el número máximo de bytes por envío es 93 y la velocidad en baudios del puerto serie es 57 600 bit/s. El temporizador SL0W genera 10 interrupciones por segundo. Una vez establecida correctamente la red ZigBee, el coordinador envía su dirección a la MCU del centro de control. Aquí, la MCU del centro de control identifica al coordinador ZigBee como miembro del nodo de monitorización y su dirección identificada es 0. El programa entra en el bucle principal. Primero, determine si hay nuevos datos enviados por el nodo terminal, si los hay, los datos se transmiten directamente a la MCU del centro de control; Determine si la MCU del centro de control tiene instrucciones enviadas, si es así, envíe las instrucciones al nodo terminal ZigBee correspondiente; Juzgue si la seguridad está abierta, si hay un ladrón, si es así, envíe la información de alarma a la MCU del centro de control; Juzgue si la luz está en estado de control automático, si es así, encienda el convertidor de analógico a digital para muestrear, el valor de muestreo es la clave para encender o apagar la luz, si el estado de la luz cambia, la nueva información de estado se transmite al centro de control MC-U.
3.2 Programación del nodo terminal ZigBee
El nodo terminal ZigBee se refiere al nodo ZigBee inalámbrico controlado por el coordinador ZigBee. En el sistema, actúa principalmente como nodo de monitoreo y, opcionalmente, como controlador de electrodomésticos. La inicialización de los nodos terminales ZigBee también incluye la inicialización de la capa de aplicación, la apertura de interrupciones y la inicialización de los puertos de E/S. A continuación, intente conectarse a la red ZigBee. Es importante tener en cuenta que solo los nodos finales con el coordinador ZigBee configurado pueden conectarse a la red. Si el nodo terminal ZigBee no logra conectarse a la red, lo intentará de nuevo cada dos segundos hasta que lo logre. Tras unirse a la red, el nodo terminal ZI-Gbee envía su información de registro al Coordinador ZigBee, que la reenvía a la MCU del centro de control para completar el registro del nodo terminal ZigBee. Si el nodo terminal ZigBee es un nodo de monitoreo, puede controlar la iluminación y la seguridad. El programa es similar al del coordinador ZigBee, salvo que el nodo de monitorización envía datos al coordinador ZigBee, y este los envía a la MCU del centro de control. Si el nodo terminal ZigBee es un controlador de ventilador, solo recibe los datos del ordenador superior sin cargar el estado, por lo que su control se puede realizar directamente durante la interrupción de la recepción inalámbrica de datos. En caso de interrupción de la recepción inalámbrica de datos, todos los nodos terminales traducen las instrucciones de control recibidas a los parámetros de control del propio nodo y no las procesan en el programa principal del nodo.
4 Depuración en línea
La instrucción de incremento del código de instrucción del equipo fijo, emitida por el sistema de gestión de control central, se envía a la MCU del centro de control a través del puerto serie del ordenador, al coordinador a través de la interfaz de dos líneas y, posteriormente, al nodo terminal ZigBee. Cuando el nodo terminal recibe los datos, estos se envían de nuevo al PC a través del puerto serie. En este PC, los datos recibidos por el nodo terminal ZigBee se comparan con los datos enviados por el centro de control. El sistema de gestión de control central envía dos instrucciones por segundo. Tras 5 horas de prueba, el software de prueba se detiene al mostrar un total de 36 000 paquetes recibidos. Los resultados de la prueba del software de transmisión de datos multiprotocolo se muestran en la Figura 6. El número de paquetes correctos es de 36 000, el número de paquetes incorrectos es de 0 y la tasa de precisión es del 100 %.
La tecnología ZigBee se utiliza para la interconexión interna del hogar inteligente, lo que ofrece las ventajas de un control remoto práctico, la flexibilidad para añadir nuevos equipos y un control fiable. La tecnología RFTD permite la identificación del usuario y mejora la seguridad del sistema. Mediante el acceso al módulo GSM, se implementan las funciones de control remoto y alarma.
Hora de publicación: 06-ene-2022