스마트홈은 주택을 플랫폼으로 하여 통합 배선 기술, 네트워크 통신 기술, 보안 기술, 자동 제어 기술, 음향 및 영상 기술을 활용하여 가정생활 관련 시설을 통합하고, 효율적인 주거 시설 구축을 위한 스케줄링 및 가사 관리 시스템을 제공합니다. , 주택 보안, 편의성, 편안함, 예술성을 향상시키고 환경 보호 및 에너지 절약 생활 환경을 실현합니다. 스마트 홈에 대한 최신 정의를 바탕으로 ZigBee 기술의 특성, 이 시스템의 설계를 참조하여 스마트 홈 시스템(스마트 홈(중앙) 제어 시스템, 가정용 조명 제어 시스템, 홈 보안 시스템)에 필요한 사항을 포함합니다. 결합된 가정용 배선 시스템, 홈 네트워크 시스템, 배경 음악 시스템 및 가족 환경 제어 시스템을 기반으로 합니다. 지능적으로 생활한다는 확인에 필요한 모든 시스템만 완벽하게 설치하고, 최소한 한 종류 이상의 옵션 시스템을 설치한 가정용 시스템은 지능생활이라고 할 수 있다. 따라서 이 시스템을 지능형 홈이라 부를 수 있다.
1. 시스템 설계 방식
시스템은 가정 내 제어 장치와 원격 제어 장치로 구성됩니다. 그 중 제품군의 제어 장치에는 주로 인터넷에 액세스할 수 있는 컴퓨터, 제어 센터, 모니터링 노드 및 추가할 수 있는 가전 제품 컨트롤러가 포함됩니다. 원격제어 장치는 주로 원격 컴퓨터와 휴대폰으로 구성됩니다.
시스템의 주요 기능은 다음과 같습니다. 1) 웹 페이지 첫 페이지 탐색, 배경 정보 관리; 2) 인터넷과 휴대전화를 통해 실내 가전제품, 보안, 조명의 스위치 제어를 실현합니다. 3) RFID 모듈을 통해 사용자 식별을 실현하고 실내 보안 상태 전환을 완료하며 도난 시 SMS를 통해 사용자에게 경보를 보냅니다. 4) 중앙 제어 관리 시스템 소프트웨어를 통해 실내 조명 및 가전 제품의 로컬 제어 및 상태 표시를 완료합니다. 5) 개인정보 보관 및 실내설비 현황 보관은 데이터베이스를 이용하여 완료됩니다. 사용자가 중앙 제어 및 관리 시스템을 통해 실내 장비 상태를 조회하는 것이 편리합니다.
2. 시스템 하드웨어 설계
시스템의 하드웨어 설계에는 제어 센터 설계, 모니터링 노드 및 가전 제품 컨트롤러(선풍기 컨트롤러를 예로 들어)의 선택적 추가가 포함됩니다.
2.1 제어 센터
제어 센터의 주요 기능은 다음과 같습니다. 1) 무선 ZigBee 네트워크를 구축하고 모든 모니터링 노드를 네트워크에 추가하고 새로운 장비의 수신을 실현합니다. 2) 사용자 식별, 집에 있는 사용자 또는 사용자 카드를 통해 사용자가 실내 보안 스위치를 달성합니다. 3) 방에 도둑이 침입하면 사용자에게 짧은 메시지를 보내 경보를 보냅니다. 사용자는 짧은 메시지를 통해 실내 보안, 조명, 가전제품을 제어할 수도 있습니다. 4) 시스템이 단독으로 실행되는 경우 LCD에 현재 시스템 상태가 표시되므로 사용자가 쉽게 확인할 수 있습니다. 5) 전기 장비의 상태를 저장하고 PC로 보내 시스템을 온라인으로 구현합니다.
하드웨어는 CSMA/CA(캐리어 감지 다중 액세스/충돌 감지)를 지원합니다. 2.0~3.6V의 동작전압은 시스템의 저전력 소모에 도움이 된다. 관제센터의 지그비 코디네이터 모듈과 연결하여 실내에 무선 지그비 스타 네트워크를 구축합니다. 그리고 모든 모니터링 노드는 네트워크에 합류하기 위해 네트워크의 터미널 노드로 가전 컨트롤러를 추가하도록 선택되어 실내 보안 및 가전 제품의 무선 ZigBee 네트워크 제어를 실현합니다.
2.2 모니터링 노드
모니터링 노드의 기능은 다음과 같습니다: 1) 도둑 침입 시 인체 신호 감지, 소리 및 빛 경보; 2) 조명 제어, 제어 모드는 자동 제어와 수동 제어로 구분되며, 자동 제어는 실내 조명의 강도에 따라 자동으로 조명을 켜거나 끄고, 수동 제어 조명 제어는 중앙 제어 시스템을 통해, (3) 경보정보 및 기타 정보를 관제센터로 전송하고, 관제센터로부터 제어명령을 받아 장비제어를 완료합니다.
적외선과 마이크로파 감지 모드는 인체 신호 감지에서 가장 일반적인 방법입니다. 초전성 적외선 프로브는 RE200B이고 증폭 장치는 BISS0001입니다. RE200B는 3~10V 전압으로 구동되며 초전기 이중 감지 적외선 소자가 내장되어 있습니다. 소자가 적외선을 받으면 각 소자의 극에서 광전 효과가 발생하고 전하가 축적됩니다. BISS0001은 연산 증폭기, 전압 비교기, 상태 컨트롤러, 지연 시간 타이머 및 차단 시간 타이머로 구성된 디지털-아날로그 하이브리드 AIC입니다. RE200B 및 몇 가지 구성 요소와 함께 수동 초전형 적외선 스위치를 구성할 수 있습니다. 마이크로파 센서는 Ant-g100 모듈을 사용하였으며, 중심 주파수는 10GHz, 최대 확립 시간은 6μs였다. 초전성 적외선 모듈과 결합하면 표적 탐지 오류율을 효과적으로 줄일 수 있습니다.
조명 제어 모듈은 주로 감광 저항기와 조명 제어 릴레이로 구성됩니다. 감광 저항기를 10K Ω의 조정 가능한 저항기와 직렬로 연결한 다음 감광 저항기의 다른 쪽 끝을 접지에 연결하고 조정 가능한 저항기의 다른 쪽 끝을 하이 레벨에 연결합니다. 두 개의 저항 연결 지점의 전압 값은 SCM 아날로그-디지털 변환기를 통해 얻어져 전류 표시등이 켜져 있는지 확인합니다. 조정 가능한 저항은 조명이 켜졌을 때 빛의 강도에 맞게 사용자가 조정할 수 있습니다. 실내 조명 스위치는 릴레이로 제어됩니다. 입력/출력 포트는 하나만 달성할 수 있습니다.
2.3 추가된 가전 컨트롤러 선택
장치 제어를 달성하기 위해 주로 장치의 기능에 따라 가전 제품 제어를 추가하도록 선택합니다. 여기서는 선풍기를 예로 들 수 있습니다. 팬 제어는 제어 센터가 ZigBee 네트워크 구현을 통해 선풍기 컨트롤러로 전송되는 PC 팬 제어 명령입니다. 기기 식별 번호는 다릅니다. 예를 들어 본 계약의 팬 식별 번호는 국내 컬러 TV 식별 번호인 122입니다. 123이므로 다양한 가전 제품 제어 센터의 인식을 실현합니다. 동일한 명령 코드에 대해 서로 다른 가전제품은 서로 다른 기능을 수행합니다. 그림 4는 추가 대상으로 선정된 가전제품의 구성을 보여준다.
3. 시스템 소프트웨어 설계
시스템 소프트웨어 설계는 주로 원격 제어 웹 페이지 설계, 중앙 제어 관리 시스템 설계, 제어 센터 메인 컨트롤러 ATMegal28 프로그램 설계, CC2430 코디네이터 프로그램 설계, CC2430 모니터링 노드 프로그램 설계, CC2430 선택 추가 장치 프로그램 설계 등 6개 부분으로 구성됩니다.
3.1 ZigBee 코디네이터 프로그램 설계
코디네이터는 먼저 애플리케이션 계층 초기화를 완료하고 애플리케이션 계층 상태와 수신 상태를 유휴 상태로 설정한 다음 전역 인터럽트를 켜고 I/O 포트를 초기화합니다. 그런 다음 코디네이터는 무선 스타 네트워크 구축을 시작합니다. 프로토콜에서 코디네이터는 자동으로 2.4GHz 대역을 선택하고, 초당 최대 비트 수는 62,500이고, 기본 PANID는 0×1347이며, 최대 스택 깊이는 5, 전송당 최대 바이트 수는 93입니다. 직렬 포트 전송 속도는 57,600bit/s입니다. SL0W 타이머는 초당 10개의 인터럽트를 생성합니다. ZigBee 네트워크가 성공적으로 구축되면 코디네이터는 자신의 주소를 제어 센터의 MCU로 보냅니다. 여기서 제어 센터 MCU는 ZigBee 코디네이터를 모니터링 노드의 구성원으로 식별하고 식별된 주소는 0입니다. 프로그램은 메인 루프로 들어갑니다. 먼저, 단말 노드가 보낸 새로운 데이터가 있는지 확인하고, 있는 경우 해당 데이터를 제어 센터의 MCU로 직접 전송합니다. 제어 센터의 MCU에 명령이 전송되었는지 확인하고, 그렇다면 명령을 해당 ZigBee 터미널 노드로 보냅니다. 보안이 열려 있는지, 도난이 있는지 여부를 판단하고, 도난이 있는 경우 제어 센터의 MCU에 경보 정보를 보냅니다. 조명이 자동 제어 상태에 있는지 판단하십시오. 그렇다면 샘플링을 위해 아날로그-디지털 변환기를 켜십시오. 샘플링 값은 조명을 켜거나 끄는 열쇠입니다. 조명 상태가 변경되면 새로운 상태 정보는 다음과 같습니다. 관제센터 MC-U로 전송된다.
3.2 ZigBee 터미널 노드 프로그래밍
ZigBee 터미널 노드는 ZigBee 코디네이터에 의해 제어되는 무선 ZigBee 노드를 의미합니다. 시스템에서는 주로 모니터링 노드이며 선택적으로 가전 제품 컨트롤러를 추가합니다. ZigBee 터미널 노드의 초기화에는 애플리케이션 계층 초기화, 인터럽트 열기 및 I/O 포트 초기화도 포함됩니다. 그런 다음 ZigBee 네트워크에 연결해 보십시오. ZigBee 코디네이터가 설정된 엔드 노드만 네트워크에 참여할 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. ZigBee 터미널 노드가 네트워크 연결에 실패하면 성공적으로 네트워크에 연결될 때까지 2초마다 다시 시도합니다. 네트워크에 성공적으로 합류한 후 ZI-Gbee 터미널 노드는 등록 정보를 ZigBee 코디네이터로 보내고, ZigBee 코디네이터는 이를 제어 센터의 MCU로 전달하여 ZigBee 터미널 노드 등록을 완료합니다. ZigBee 터미널 노드가 모니터링 노드인 경우 조명 제어 및 보안을 구현할 수 있습니다. 이 프로그램은 모니터링 노드가 ZigBee 코디네이터에 데이터를 전송해야 한다는 점을 제외하면 ZigBee 코디네이터와 유사하며, ZigBee 코디네이터는 제어 센터의 MCU에 데이터를 보냅니다. ZigBee 터미널 노드가 선풍기 컨트롤러인 경우 상태를 업로드하지 않고 상위 컴퓨터의 데이터만 수신하면 되므로 무선 데이터 수신이 중단되더라도 제어가 직접 완료될 수 있습니다. 무선 데이터 수신 중단 시, 모든 단말 노드는 수신된 제어 명령을 노드 자체의 제어 매개변수로 변환하고, 노드의 주 프로그램에서 수신된 무선 명령을 처리하지 않습니다.
4 온라인 디버깅
중앙관제관리시스템에서 발행된 고정장비의 명령코드에 대한 증가지령은 컴퓨터의 시리얼 포트를 통해 관제센터의 MCU로 전달되고, 2선 인터페이스를 통해 코디네이터로 전달된 후 ZigBee 단말로 전달된다. 코디네이터에 의한 노드. 단말 노드가 데이터를 수신하면 해당 데이터는 다시 직렬 포트를 통해 PC로 전송됩니다. 이 PC에서는 ZigBee 터미널 노드가 수신한 데이터와 관제센터에서 보낸 데이터를 비교합니다. 중앙 제어 관리 시스템은 1초에 2개의 명령을 보냅니다. 5시간의 테스트 후, 수신된 총 패킷 수가 36,000개의 패킷이라고 표시되면 테스트 소프트웨어가 중지됩니다. 다중 프로토콜 데이터 전송 테스트 소프트웨어의 테스트 결과는 그림 6에 나와 있습니다. 올바른 패킷 수는 36,000개, 잘못된 패킷 수는 0개, 정확도는 100%입니다.
ZigBee 기술은 편리한 원격 제어, 유연한 새 장비 추가 및 안정적인 제어 성능 등의 장점을 지닌 스마트 홈의 내부 네트워킹을 구현하는 데 사용됩니다. RFTD 기술은 사용자 식별을 실현하고 시스템 보안을 향상시키는 데 사용됩니다. GSM 모듈의 액세스를 통해 원격 제어 및 경보 기능이 실현됩니다.
게시 시간: 2022년 1월 6일