Ухаалаг гэр гэдэг нь өрхийн амьдралтай холбоотой байгууламжуудыг нэгтгэх, үр ашигтай орон сууцны байгууламж, гэр бүлийн харилцааны менежментийн системийг төлөвлөх, гэрийн аюулгүй байдал, тохь тух, урлагийг сайжруулах, байгаль орчныг хамгаалах, эрчим хүч хэмнэх амьдрах орчныг бүрдүүлэх зорилгоор нэгдсэн утастай технологи, сүлжээний холбооны технологи, аюулгүй байдлын технологи, автомат удирдлагын технологи, аудио, видео технологийг ашиглан байшинг платформ болгон ашигладаг. Ухаалаг гэр гэдэг нь ZigBee технологийн хамгийн сүүлийн үеийн тодорхойлолтод үндэслэн энэхүү системийн дизайны онцлог шинж чанаруудыг авч үзвэл ухаалаг гэрийн систем (ухаалаг гэр (төвлөрсөн) удирдлагын систем, гэр ахуйн гэрэлтүүлгийн хяналтын систем, гэрийн аюулгүй байдлын систем), гэр ахуйн утастай систем, гэрийн сүлжээний систем, арын хөгжмийн систем, гэр бүлийн орчны хяналтын системд суурилсан байх шаардлагатай. Зөвхөн шаардлагатай бүх системийг бүрэн суурилуулсан, нэг төрлийн болон түүнээс дээш сонголттой системийг суурилуулсан өрхийн систем нь ухаалаг гэж нэрлэгдэх боломжтой гэсэн баталгаа юм. Тиймээс энэ системийг ухаалаг гэр гэж нэрлэж болно.
1. Системийн дизайны схем
Систем нь гэрт байгаа удирдлагатай төхөөрөмж болон алсын удирдлагатай төхөөрөмжүүдээс бүрдэнэ. Тэдгээрийн дотор гэрт байгаа удирдлагатай төхөөрөмжүүдэд голчлон интернетэд холбогдох боломжтой компьютер, удирдлагын төв, хяналтын зангилаа болон нэмж болох гэр ахуйн цахилгаан хэрэгслийн хянагч багтана. Алсын удирдлагатай төхөөрөмжүүд нь голчлон алсын удирдлагатай компьютер болон гар утаснаас бүрдэнэ.
Системийн үндсэн функцууд нь: 1) вэб хуудасны нүүр хуудас үзэх, суурь мэдээллийн менежмент; 2) Интернет болон гар утсаар дамжуулан дотор гэр ахуйн цахилгаан хэрэгсэл, аюулгүй байдал, гэрэлтүүлгийг унтраалгаар хянах; 3) RFID модулиар дамжуулан хэрэглэгчийг таних, хулгай гарсан тохиолдолд хэрэглэгч рүү SMS дохиолол илгээх замаар дотор аюулгүй байдлын төлөвийг унтраах; 4) Төв удирдлагын удирдлагын системийн програм хангамжаар дамжуулан дотор гэрэлтүүлэг, гэр ахуйн цахилгаан хэрэгслийн орон нутгийн хяналт, төлөвийг харуулах; 5) Хувийн мэдээллийн хадгалалт болон дотор тоног төхөөрөмжийн төлөвийг хадгалах ажлыг мэдээллийн санг ашиглан гүйцэтгэдэг. Хэрэглэгчид төв удирдлага, удирдлагын системээр дамжуулан дотор тоног төхөөрөмжийн төлөв байдлыг лавлахад тохиромжтой.
2. Системийн техник хангамжийн дизайн
Системийн техник хангамжийн дизайнд хяналтын төв, хяналтын зангилааны дизайн болон гэр ахуйн хэрэгслийн хянагчийн нэмэлт сонголт багтсан болно (цахилгаан сэнсний хянагчийг жишээ болгон авч үзье).
2.1 Хяналтын төв
Хяналтын төвийн үндсэн үүрэг нь дараах байдалтай байна: 1) Утасгүй ZigBee сүлжээг бий болгох, бүх хяналтын зангилааг сүлжээнд нэмэх, шинэ тоног төхөөрөмж хүлээн авах; 2) хэрэглэгчийг таних, хэрэглэгчийг гэртээ байгаа эсвэл хэрэглэгчийн картаар дамжуулан доторх аюулгүй байдлын унтраалга хийх; 3) Хулгайч өрөөнд нэвтэрсэн тохиолдолд хэрэглэгч рүү богино мессеж илгээж дохиолол өгөх. Хэрэглэгчид мөн доторх аюулгүй байдал, гэрэлтүүлэг болон гэр ахуйн цахилгаан хэрэгслийг богино мессежээр хянах боломжтой; 4) Систем дангаараа ажиллаж байх үед LCD нь системийн одоогийн төлөвийг харуулдаг бөгөөд энэ нь хэрэглэгчдэд харахад тохиромжтой; 5) Цахилгаан тоног төхөөрөмжийн төлөв байдлыг хадгалж, системийг онлайнаар хэрэгжүүлэхийн тулд компьютерт илгээнэ.
Техник хангамж нь Carrier sense олон хандалт/мөргөлдөөн илрүүлэлт (CSMA/CA)-г дэмждэг. 2.0 ~ 3.6V ажиллах хүчдэл нь системийн эрчим хүчний хэрэглээг багасгадаг. Хяналтын төвд ZigBee зохицуулагч модультай холбогдож, дотор утасгүй ZigBee од сүлжээг тохируулна. Мөн бүх хяналтын зангилааг сонгож, гэрийн цахилгаан хэрэгслийн хянагчийг сүлжээнд терминалын зангилаа болгон нэмж, дотор аюулгүй байдал болон гэр ахуйн цахилгаан хэрэгслийн утасгүй ZigBee сүлжээний хяналтыг хэрэгжүүлнэ.
2.2 Хяналтын зангилаанууд
Хяналтын зангилааны үүрэг нь дараах байдалтай байна: 1) хүний биеийн дохиог илрүүлэх, хулгайч халдсан үед дуут болон гэрлийн дохиолол өгөх; 2) гэрэлтүүлгийн удирдлага, удирдлагын горимыг автомат удирдлага болон гар удирдлага гэж хуваадаг бөгөөд доторх гэрлийн хүчнээс хамааран гэрлийг автоматаар асааж/унтрааж, гар удирдлага нь төв удирдлагын системээр дамжуулан гэрэлтүүлгийн удирдлагатай, (3) дохиоллын мэдээлэл болон бусад мэдээллийг удирдлагын төв рүү илгээж, удирдлагын төвөөс удирдлагын командуудыг хүлээн авч, тоног төхөөрөмжийн удирдлагыг гүйцээнэ.
Хэт улаан туяа болон богино долгионы илрүүлэх горим нь хүний биеийн дохиог илрүүлэх хамгийн түгээмэл арга юм. Пироэлектрик хэт улаан туяаны датчик нь RE200B, өсгөгч нь BISS0001 юм. RE200B нь 3-10 В хүчдэлээр ажилладаг бөгөөд пироэлектрик хос мэдрэмтгий хэт улаан туяаны элементтэй. Элемент нь хэт улаан туяаны гэрлийг хүлээн авахад элемент бүрийн туйл дээр фотоэлектрик эффект үүсч, цэнэг хуримтлагдана. BISS0001 нь үйлдлийн өсгөгч, хүчдэлийн харьцуулагч, төлөв хянагч, саатуулах хугацаа таймер, хаах хугацаа таймераас бүрдсэн дижитал-аналог эрлийз ASIC юм. RE200B болон хэд хэдэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй хамт идэвхгүй пироэлектрик хэт улаан туяаны унтраалга үүсгэж болно. Богино долгионы мэдрэгчийн хувьд Ant-g100 модулийг ашигласан бөгөөд төвийн давтамж нь 10 GHz, хамгийн их тохируулах хугацаа нь 6μs байв. Пироэлектрик хэт улаан туяаны модультай хослуулан бай илрүүлэх алдааны түвшинг үр дүнтэй бууруулж болно.
Гэрлийн удирдлагын модуль нь голчлон гэрэл мэдрэмтгий резистор болон гэрлийн удирдлагын реленээс бүрдэнэ. Гэрэл мэдрэмтгий резисторыг 10 K ω тохируулж болох резистортой цуваа холбож, дараа нь гэрэл мэдрэмтгий резисторын нөгөө үзүүрийг газардуулгатай холбож, тохируулж болох резисторын нөгөө үзүүрийг өндөр түвшинд холбоно. Хоёр эсэргүүцлийн холболтын цэгийн хүчдэлийн утгыг SCM аналог-дижитал хөрвүүлэгчээр дамжуулан гүйдлийн гэрэл асаалттай байгаа эсэхийг тодорхойлно. Гэрэл дөнгөж асаалттай байх үед хэрэглэгч гэрлийн эрчмийг тохируулахын тулд тохируулж болох эсэргүүцлийг тохируулж болно. Дотор гэрэлтүүлгийн унтраалгыг реле удирддаг. Зөвхөн нэг оролт/гаралтын портыг ашиглах боломжтой.
2.3 Нэмэгдсэн гэр ахуйн цахилгаан хэрэгслийн хянагчийг сонгох
Төхөөрөмжийн хяналтыг хэрэгжүүлэхийн тулд төхөөрөмжийн функцэд нийцүүлэн голчлон гэр ахуйн цахилгаан хэрэгслийн хяналтыг нэмэхийг сонгоно уу, жишээ нь цахилгаан сэнсийг энд оруулав. Сэнсний хяналт нь хяналтын төв бөгөөд компьютерын сэнсний хяналтын зааврыг ZigBee сүлжээний хэрэгжилтээр дамжуулан цахилгаан сэнсний хянагч руу илгээнэ. Өөр өөр цахилгаан хэрэгслийн таних дугаар өөр өөр байдаг. Жишээлбэл, энэхүү гэрээний заалтын дагуу сэнсний таних дугаар нь 122, гэр ахуйн өнгөт телевизийн таних дугаар нь 123 бөгөөд ингэснээр өөр өөр цахилгаан гэр ахуйн цахилгаан хэрэгслийн хяналтын төвийг таних боломжтой болно. Ижил зааврын кодын хувьд өөр өөр гэр ахуйн цахилгаан хэрэгсэл өөр өөр үүрэг гүйцэтгэдэг. Зураг 4-т нэмэлтээр сонгосон гэр ахуйн цахилгаан хэрэгслийн найрлагыг харуулав.
3. Системийн програм хангамжийн дизайн
Системийн програм хангамжийн дизайн нь голчлон зургаан хэсгээс бүрддэг бөгөөд эдгээр нь алсын удирдлагатай вэб хуудасны дизайн, төв удирдлагын системийн дизайн, удирдлагын төвийн гол хянагч ATMegal28 програмын дизайн, CC2430 зохицуулагчийн програмын дизайн, CC2430 хяналтын зангилааны програмын дизайн, CC2430 төхөөрөмж сонгох програмын дизайн юм.
3.1 ZigBee Coordinator хөтөлбөрийн дизайн
Зохицуулагч эхлээд програмын давхаргын эхлүүлэлтийг дуусгаж, програмын давхаргын төлөв болон хүлээн авах төлөвийг идэвхгүй горимд тохируулж, дараа нь дэлхийн тасалдалыг асааж, I/O портыг эхлүүлнэ. Дараа нь зохицуулагч утасгүй од сүлжээг байгуулж эхэлнэ. Протоколд зохицуулагч нь 2.4 GHz зурвасыг автоматаар сонгож, секундэд хамгийн их битийн тоо 62 500, анхдагч PANID нь 0×1347, стекийн хамгийн их гүн нь 5, илгээхэд хамгийн их байтын тоо 93, цуваа портын дамжуулах хурд нь 57 600 бит/с байна. SL0W TIMER нь секундэд 10 тасалдал үүсгэдэг. ZigBee сүлжээг амжилттай байгуулсны дараа зохицуулагч нь хаягаа хяналтын төвийн MCU руу илгээдэг. Энд хяналтын төвийн MCU нь ZigBee зохицуулагчийг хяналтын зангилааны гишүүн гэж тодорхойлж, түүний тодорхойлсон хаяг нь 0 байна. Програм нь гол гогцоонд ордог. Эхлээд терминалын зангилаанаас шинэ өгөгдөл илгээгдсэн эсэхийг тодорхойл, хэрэв байгаа бол өгөгдлийг хяналтын төвийн MCU руу шууд дамжуулдаг; Хяналтын төвийн MCU-д зааварчилгаа илгээсэн эсэхийг тодорхойлох, хэрэв тийм бол зааврыг харгалзах ZigBee терминалын зангилаа руу илгээх; Аюулгүй байдал нээлттэй байгаа эсэхийг, хулгайч байгаа эсэхийг шалгах, хэрэв тийм бол дохиоллын мэдээллийг хяналтын төвийн MCU руу илгээх; Гэрэл автомат удирдлагын төлөвт байгаа эсэхийг шалгах, хэрэв тийм бол дээж авахын тулд аналог-дижитал хөрвүүлэгчийг асаах, дээж авах утга нь гэрлийг асаах эсвэл унтраах түлхүүр бөгөөд хэрэв гэрлийн төлөв өөрчлөгдвөл шинэ төлөвийн мэдээллийг хяналтын төвийн MC-U руу дамжуулна.
3.2 ZigBee терминалын зангилааны програмчлал
ZigBee терминалын зангилаа нь ZigBee зохицуулагчийн удирддаг утасгүй ZigBee зангилааг хэлнэ. Системд энэ нь голчлон хяналтын зангилаа болон гэр ахуйн цахилгаан хэрэгслийн хянагчийг нэмэлтээр нэмэх боломжтой. ZigBee терминалын зангилааг эхлүүлэхэд програмын давхаргын эхлүүлэх, тасалдлыг нээх, I/O портуудыг эхлүүлэх зэрэг орно. Дараа нь ZigBee сүлжээнд нэгдэхийг оролдоорой. Зөвхөн ZigBee зохицуулагчийн тохиргоотой төгсгөлийн зангилаанууд сүлжээнд нэгдэхийг зөвшөөрдөг гэдгийг анхаарах нь чухал юм. Хэрэв ZigBee терминалын зангилаа сүлжээнд нэгдэж чадахгүй бол сүлжээнд амжилттай нэгдэх хүртэл хоёр секунд тутамд дахин оролдоно. Сүлжээнд амжилттай нэгдсний дараа ZI-Gbee терминалын зангилаа бүртгэлийн мэдээллээ ZigBee зохицуулагч руу илгээдэг бөгөөд дараа нь ZigBee терминалын зангилааны бүртгэлийг дуусгахын тулд хяналтын төвийн MCU руу дамжуулдаг. Хэрэв ZigBee терминалын зангилаа нь хяналтын зангилаа бол гэрэлтүүлэг болон аюулгүй байдлын хяналтыг хэрэгжүүлж чадна. Энэ хөтөлбөр нь ZigBee зохицуулагчтай төстэй боловч хяналтын зангилаа нь ZigBee зохицуулагч руу өгөгдөл илгээх шаардлагатай бөгөөд дараа нь ZigBee зохицуулагч нь удирдлагын төвийн MCU руу өгөгдөл илгээдэг. Хэрэв ZigBee терминалын зангилаа нь цахилгаан сэнсний хянагч бол төлөвийг ачаалалгүйгээр зөвхөн дээд компьютерын өгөгдлийг хүлээн авах шаардлагатай тул түүний хяналтыг утасгүй өгөгдөл хүлээн авах тасалдалд шууд гүйцэтгэж болно. Утасгүй өгөгдөл хүлээн авах тасалдалд бүх терминалын зангилаанууд хүлээн авсан удирдлагын зааврыг зангилааны өөрийнх нь удирдлагын параметрүүд рүү хөрвүүлдэг бөгөөд хүлээн авсан утасгүй зааврыг зангилааны үндсэн програмд боловсруулдаггүй.
4 Онлайн дибаг хийх
Төв удирдлагын удирдлагын системээс гаргасан тогтмол тоног төхөөрөмжийн зааврын кодын өсөн нэмэгдэж буй зааврыг компьютерын цуваа портоор дамжуулан хяналтын төвийн MCU руу, хоёр шугамын интерфэйсээр дамжуулан зохицуулагч руу, дараа нь зохицуулагч ZigBee терминалын зангилаа руу илгээдэг. Терминалын зангилаа өгөгдлийг хүлээн авахад өгөгдлийг цуваа портоор дамжуулан дахин компьютер руу илгээдэг. Энэ компьютер дээр ZigBee терминалын зангилаанаас хүлээн авсан өгөгдлийг хяналтын төвөөс илгээсэн өгөгдөлтэй харьцуулдаг. Төв удирдлагын удирдлагын систем секунд тутамд 2 заавар илгээдэг. 5 цагийн туршилтын дараа нийт хүлээн авсан пакетийн тоо 36,000 пакет байгааг харуулмагц туршилтын програм хангамж зогсдог. Олон протоколын өгөгдөл дамжуулах туршилтын програм хангамжийн туршилтын үр дүнг Зураг 6-д үзүүлэв. Зөв пакетийн тоо 36,000, буруу пакетийн тоо 0, нарийвчлалын түвшин 100% байна.
ZigBee технологийг ухаалаг гэрийн дотоод сүлжээг бий болгоход ашигладаг бөгөөд энэ нь тохиромжтой алсын удирдлага, уян хатан шинэ тоног төхөөрөмж нэмэх, найдвартай удирдлагын гүйцэтгэл зэрэг давуу талуудтай. RFTD технологийг хэрэглэгчийг таних, системийн аюулгүй байдлыг сайжруулахад ашигладаг. GSM модулийн хандалтаар дамжуулан алсын удирдлага болон дохиоллын функцийг хэрэгжүүлдэг.
Нийтэлсэн цаг: 2022 оны 1-р сарын 6