Akıllı ev, bir evin platformu olarak, entegre kablolama teknolojisi, ağ iletişim teknolojisi, güvenlik teknolojisi, otomatik kontrol teknolojisi, ses ve görüntü teknolojisinin ev yaşamıyla ilgili tesisleri entegre etmek, verimli konut tesisleri ve aile işleri yönetim sistemi oluşturmak, ev güvenliğini, rahatlığını, konforunu, sanatını iyileştirmek ve çevre korumasını ve enerji tasarruflu bir yaşam ortamı sağlamak için kullanılmasıdır. Akıllı evin en son tanımına dayanarak, ZigBee teknolojisinin özelliklerine ve bu sistemin tasarımına bakın, akıllı ev sisteminde (akıllı ev (merkezi) kontrol sistemi, ev aydınlatma kontrol sistemi, ev güvenlik sistemleri) gerekli olan, ev kablolama sistemi, ev ağ sistemi, arka plan müzik sistemi ve aile ortamı kontrol sisteminin birleştirilmesine dayanmaktadır. Zekanın içinde yaşadığını doğrulayarak, yalnızca gerekli tüm sistemleri tamamen kurar ve en azından bir tür ve üzeri isteğe bağlı sistem kuran ev sistemine zekanın içinde yaşadığını söyleyebiliriz. Bu nedenle, bu sisteme akıllı ev denebilir.
1. Sistem Tasarım Şeması
Sistem, evdeki kontrollü cihazlar ve uzaktan kumanda cihazlarından oluşur. Ailedeki kontrollü cihazlar arasında, internete erişebilen bilgisayar, kontrol merkezi, izleme düğümü ve eklenebilen ev aletlerinin kontrol cihazı bulunur. Uzaktan kumanda cihazları ise çoğunlukla uzak bilgisayarlar ve cep telefonlarından oluşur.
Sistemin temel işlevleri şunlardır: 1) Web sayfasının ön sayfasını görüntüleme, arka plan bilgi yönetimi; 2) İnternet ve cep telefonu aracılığıyla iç mekan ev aletleri, güvenlik ve aydınlatma anahtar kontrolünü gerçekleştirme; 3) RFID modülü aracılığıyla kullanıcı tanımlamasını gerçekleştirme, böylece hırsızlık durumunda kullanıcıya SMS alarmı göndererek iç mekan güvenlik durumu anahtarını tamamlama; 4) Merkezi kontrol yönetim sistemi yazılımı aracılığıyla iç mekan aydınlatma ve ev aletlerinin yerel kontrolünü ve durum gösterimini tamamlama; 5) Kişisel bilgi depolama ve iç mekan ekipman durum depolama, veritabanı kullanılarak tamamlanır. Kullanıcıların merkezi kontrol ve yönetim sistemi aracılığıyla iç mekan ekipman durumunu sorgulaması kolaydır.
2. Sistem Donanım Tasarımı
Sistemin donanım tasarımı, kontrol merkezinin tasarımını, izleme düğümünü ve isteğe bağlı olarak eklenen ev aletleri kontrolcüsünü (örneğin elektrikli fan kontrolcüsünü) içerir.
2.1 Kontrol Merkezi
Kontrol merkezinin temel işlevleri şunlardır: 1) Kablosuz bir ZigBee ağı kurmak, tüm izleme düğümlerini ağa eklemek ve yeni ekipmanların alımını gerçekleştirmek; 2) Kullanıcı tanımlama, kullanıcıyı evde veya kullanıcı kartı aracılığıyla iç mekan güvenlik anahtarına ulaşmak için geri göndermek; 3) Bir hırsız odaya girdiğinde, kullanıcıya alarm vermesi için kısa bir mesaj göndermek. Kullanıcılar ayrıca kısa mesajlar aracılığıyla iç mekan güvenliğini, aydınlatmayı ve ev aletlerini kontrol edebilir; 4) Sistem tek başına çalışırken, LCD ekran mevcut sistem durumunu görüntüler ve bu da kullanıcıların görüntülemesi için uygundur; 5) Elektrikli ekipmanların durumunu kaydeder ve sistemi çevrimiçi olarak çalıştırmak için bilgisayara gönderir.
Donanım, Taşıyıcı algılama çoklu erişim/Çarpışma algılama (CSMA/CA) özelliğini destekler. 2,0 ~ 3,6 V çalışma voltajı, sistemin düşük güç tüketimine olanak tanır. Kontrol merkezindeki ZigBee koordinatör modülüne bağlanarak iç mekanda kablosuz bir ZigBee yıldız ağı kurun. Ağa katılmak üzere seçilen tüm izleme düğümleri, ev aletleri kontrol cihazını ağdaki terminal düğümü olarak ekleyerek iç mekan güvenlik ve ev aletlerinin kablosuz ZigBee ağ kontrolünü gerçekleştirir.
2.2 İzleme Düğümleri
İzleme düğümünün işlevleri aşağıdaki gibidir: 1) insan vücudu sinyal algılama, hırsızlar girdiğinde ses ve ışık alarmı; 2) aydınlatma kontrolü, kontrol modu otomatik kontrol ve manuel kontrol olarak ayrılır, otomatik kontrol, iç mekan ışığının gücüne göre ışığı otomatik olarak açar / kapatır, manuel kontrol aydınlatma kontrolü merkezi kontrol sistemi aracılığıyla yapılır, (3) alarm bilgileri ve diğer bilgiler kontrol merkezine gönderilir ve ekipman kontrolünü tamamlamak için kontrol merkezinden kontrol komutları alır.
Kızılötesi artı mikrodalga algılama modu, insan vücudu sinyal algılamasında en yaygın yöntemdir. Piroelektrik kızılötesi prob RE200B'dir ve amplifikasyon cihazı BISS0001'dir. RE200B, 3-10 V voltajla çalışır ve dahili piroelektrik çift duyarlı kızılötesi elemana sahiptir. Eleman kızılötesi ışık aldığında, fotoelektrik etki her bir elemanın kutuplarında meydana gelir ve yük birikir. BISS0001, işlemsel yükselteç, voltaj karşılaştırıcı, durum denetleyicisi, gecikme süresi zamanlayıcısı ve bloklama süresi zamanlayıcısından oluşan dijital-analog hibrit bir asIC'dir. RE200B ve birkaç bileşenle birlikte, pasif piroelektrik kızılötesi anahtar oluşturulabilir. Mikrodalga sensörü için Ant-g100 modülü kullanıldı, merkez frekansı 10 GHz ve maksimum kurulum süresi 6 μs idi. Piroelektrik kızılötesi modülle birleştirildiğinde, hedef tespitindeki hata oranı etkili bir şekilde azaltılabilir.
Işık kontrol modülü, temel olarak ışığa duyarlı direnç ve ışık kontrol rölesinden oluşur. Işığa duyarlı direnci 10 Kω'lik ayarlanabilir dirençle seri olarak bağlayın, ardından ışığa duyarlı direncin diğer ucunu toprağa, diğer ucunu da yüksek seviyeye bağlayın. İki direnç bağlantı noktasının voltaj değeri, mevcut ışığın açık olup olmadığını belirlemek için SCM analog-dijital dönüştürücü aracılığıyla elde edilir. Ayarlanabilir direnç, kullanıcı tarafından ışık henüz açıkken ışık yoğunluğuna uyacak şekilde ayarlanabilir. İç mekan aydınlatma anahtarları rölelerle kontrol edilir. Yalnızca bir giriş/çıkış portu kullanılabilir.
2.3 Eklenen Ev Aletleri Kontrolörünü Seçin
Cihaz kontrolünü sağlamak için, esas olarak cihazın işlevine göre ev aletlerinin kontrolünü eklemeyi seçin; burada örnek olarak elektrikli vantilatör ele alınacaktır. Fan kontrolü, kontrol merkezinden PC fan kontrol talimatlarının elektrikli vantilatör kontrol cihazına ZigBee ağ uygulaması aracılığıyla gönderilmesiyle sağlanır. Farklı cihazların kimlik numaraları farklıdır; örneğin, bu sözleşmenin hükümleri fan kimlik numarası 122, ev tipi renkli televizyon kimlik numarası 123'tür ve böylece farklı elektrikli ev aletleri kontrol merkezlerinin tanınması sağlanır. Aynı talimat kodu için farklı ev aletleri farklı işlevler gerçekleştirir. Şekil 4, eklenmek üzere seçilen ev aletlerinin bileşimini göstermektedir.
3. Sistem yazılım tasarımı
Sistem yazılım tasarımı temel olarak altı bölümden oluşmaktadır. Bunlar; uzaktan kontrol web sayfası tasarımı, merkezi kontrol yönetim sistemi tasarımı, kontrol merkezi ana kontrolörü ATMegal28 program tasarımı, CC2430 koordinatör program tasarımı, CC2430 izleme düğümü program tasarımı, CC2430 seçme ekleme cihaz program tasarımıdır.
3.1 ZigBee Koordinatörü program tasarımı
Koordinatör önce uygulama katmanı başlatmasını tamamlar, uygulama katmanı durumunu ve alma durumunu boşta olarak ayarlar, ardından genel kesmeleri açar ve G/Ç portunu başlatır. Koordinatör daha sonra kablosuz yıldız ağı oluşturmaya başlar. Protokolde, koordinatör otomatik olarak 2,4 GHz bandını seçer, saniyedeki maksimum bit sayısı 62 500'dür, varsayılan PANID 0×1347'dir, maksimum yığın derinliği 5'tir, gönderme başına maksimum bayt sayısı 93'tür ve seri port baud hızı 57 600 bit/s'dir. SL0W TIMER saniyede 10 kesme üretir. ZigBee ağı başarıyla kurulduktan sonra, koordinatör adresini kontrol merkezinin MCU'suna gönderir. Burada, kontrol merkezi MCU'su ZigBee Koordinatörünü izleme düğümünün bir üyesi olarak tanımlar ve tanımlanan adresi 0'dır. Program ana döngüye girer. Öncelikle terminal düğümünden yeni veri gönderilip gönderilmediğini belirleyin, eğer gönderilmişse, veri doğrudan kontrol merkezinin MCU'suna iletilir; Kontrol merkezinin MCU'suna aşağı gönderilen talimatlar olup olmadığını belirleyin, eğer gönderilmişse, talimatları ilgili ZigBee terminal düğümüne gönderin; Güvenliğin açık olup olmadığına, hırsız olup olmadığına karar verin, eğer varsa, alarm bilgisini kontrol merkezinin MCU'suna gönderin; Işığın otomatik kontrol durumunda olup olmadığına karar verin, eğer öyleyse, örnekleme için analog-dijital dönüştürücüyü açın, örnekleme değeri ışığı açmak veya kapatmak için anahtardır, ışık durumu değişirse, yeni durum bilgisi kontrol merkezi MC-U'suna iletilir.
3.2 ZigBee Terminal Düğüm Programlama
ZigBee terminal düğümü, ZigBee koordinatörü tarafından kontrol edilen kablosuz ZigBee düğümünü ifade eder. Sistemde, esas olarak izleme düğümü ve isteğe bağlı olarak eklenen ev aleti denetleyicisidir. ZigBee terminal düğümlerinin başlatılması, uygulama katmanı başlatma, kesmeleri açma ve G/Ç portlarını başlatma işlemlerini de içerir. Ardından ZigBee ağına katılmayı deneyin. Yalnızca ZigBee koordinatörü kurulumu olan uç düğümlerin ağa katılmasına izin verildiğini unutmamak önemlidir. ZigBee terminal düğümü ağa katılamazsa, ağa başarıyla katılana kadar her iki saniyede bir tekrar deneyecektir. Ağa başarıyla katıldıktan sonra, ZI-Gbee terminal düğümü kayıt bilgilerini ZigBee Koordinatörüne gönderir ve ardından bu bilgiler ZigBee terminal düğümünün kaydını tamamlamak için kontrol merkezinin MCU'suna iletilir. ZigBee terminal düğümü bir izleme düğümüyse, aydınlatma ve güvenlik kontrolünü gerçekleştirebilir. Program, ZigBee koordinatörüne benzer; ancak izleme düğümünün ZigBee koordinatörüne veri göndermesi ve ardından ZigBee Koordinatörünün verileri kontrol merkezinin MCU'suna göndermesi gerekir. ZigBee terminal düğümü bir elektrikli fan kontrolörüyse, durumu yüklemeden yalnızca üst bilgisayardan veri alması yeterlidir, böylece kontrolü kablosuz veri alımı kesintisinde doğrudan tamamlanabilir. Kablosuz veri alımı kesintisinde, tüm terminal düğümleri alınan kontrol talimatlarını düğümün kendi kontrol parametrelerine çevirir ve alınan kablosuz talimatları düğümün ana programında işlemez.
4 Çevrimiçi Hata Ayıklama
Merkezi kontrol yönetim sistemi tarafından verilen sabit ekipmanın talimat koduna ait artan talimat, bilgisayarın seri portu üzerinden kontrol merkezinin MCU'suna, iki hatlı arayüz üzerinden koordinatöre ve ardından koordinatör tarafından ZigBee terminal düğümüne gönderilir. Terminal düğümü veriyi aldığında, veri tekrar seri port üzerinden PC'ye gönderilir. Bu PC'de, ZigBee terminal düğümü tarafından alınan veri, kontrol merkezi tarafından gönderilen veriyle karşılaştırılır. Merkezi kontrol yönetim sistemi her saniye 2 talimat gönderir. 5 saatlik testten sonra, test yazılımı alınan toplam paket sayısının 36.000 paket olduğunu gösterdiğinde durur. Çok protokollü veri iletimi test yazılımının test sonuçları Şekil 6'da gösterilmiştir. Doğru paket sayısı 36.000, yanlış paket sayısı 0 ve doğruluk oranı %100'dür.
Akıllı evlerin dahili ağlarını oluşturmak için ZigBee teknolojisi kullanılır. Bu teknoloji, kolay uzaktan kontrol, esnek yeni ekipman ekleme ve güvenilir kontrol performansı gibi avantajlar sunar. RFTD teknolojisi ise kullanıcı tanımlama ve sistem güvenliğini artırmak için kullanılır. GSM modülüne erişim sayesinde uzaktan kontrol ve alarm fonksiyonları gerçekleştirilir.
Gönderi zamanı: 06 Ocak 2022