Ақылды үй – бұл үйді платформа ретінде пайдалану, үй шаруашылығына қатысты нысандарды біріктіру, тиімді тұрғын үй нысандарын және отбасылық істерді басқару жүйесін құру, үй қауіпсіздігін, ыңғайлылығын, жайлылығын, шеберлігін арттыру, қоршаған ортаны қорғау және энергия үнемдеу ортасын жүзеге асыру үшін интеграцияланған сымдар технологиясын, желілік байланыс технологиясын, қауіпсіздік технологиясын, автоматты басқару технологиясын, аудио және бейне технологиясын пайдалану. Ақылды үйдің соңғы анықтамасына сүйене отырып, ZigBee технологиясының сипаттамаларына сүйене отырып, осы жүйені жобалау үшін қажетті ақылды үй жүйесін (ақылды үй (орталық) басқару жүйесі, үйдегі жарықтандыруды басқару жүйесі, үй қауіпсіздік жүйелері), үйдегі сымдар жүйесін, үй желісі жүйесін, фондық музыка жүйесін және отбасылық ортаны басқару жүйесін біріктіру негізінде қамтиды. Бұл растау бойынша, ақылды өмір сүреді, барлық қажетті жүйені толығымен орнатады және кем дегенде бір түрдегі және одан жоғары қосымша жүйені орнатқан үй жүйесі ақылды өмір сүреді. Сондықтан бұл жүйені ақылды үй деп атауға болады.
1. Жүйені жобалау схемасы
Жүйе үйдегі басқарылатын құрылғылар мен қашықтан басқару құрылғыларынан тұрады. Олардың ішінде отбасындағы басқарылатын құрылғыларға негізінен интернетке қосыла алатын компьютер, басқару орталығы, бақылау түйіні және қосуға болатын тұрмыстық техниканың контроллері жатады. Қашықтан басқару құрылғылары негізінен қашықтағы компьютерлер мен ұялы телефондардан тұрады.
Жүйенің негізгі функциялары: 1) веб-беттің бірінші бетін шолу, фондық ақпаратты басқару; 2) Интернет және ұялы телефон арқылы үй ішіндегі тұрмыстық техниканы, қауіпсіздікті және жарықтандыруды басқаруды жүзеге асыру; 3) RFID модулі арқылы пайдаланушыны сәйкестендіруді жүзеге асыру, осылайша ұрлық жағдайында пайдаланушыға SMS дабылы арқылы үй ішіндегі қауіпсіздік күйін ауыстыруды аяқтау; 4) Орталық басқаруды басқару жүйесінің бағдарламалық жасақтамасы арқылы үй ішіндегі жарықтандыру мен тұрмыстық техниканы жергілікті басқаруды және күйін көрсетуді аяқтау; 5) Жеке ақпаратты сақтау және үй ішіндегі жабдықтың күйін сақтау дерекқорды пайдалану арқылы жүзеге асырылады. Пайдаланушыларға орталық басқару және басқару жүйесі арқылы үй ішіндегі жабдықтың күйін сұрау ыңғайлы.
2. Жүйелік аппараттық құралдарды жобалау
Жүйенің аппараттық дизайны басқару орталығының, бақылау түйінінің дизайнын және тұрмыстық техника контроллерін қосымша қосуды қамтиды (мысал ретінде электр желдеткіш контроллерін алайық).
2.1 Басқару орталығы
Басқару орталығының негізгі функциялары келесідей: 1) Сымсыз ZigBee желісін құру, желіге барлық бақылау түйіндерін қосу және жаңа жабдықтарды қабылдауды жүзеге асыру; 2) пайдаланушыны анықтау, пайдаланушыны үйде немесе пайдаланушы картасы арқылы үй ішіндегі қауіпсіздікті қосу; 3) Ұры бөлмеге кірген кезде, пайдаланушыға дабыл беру үшін қысқа хабарлама жіберіңіз. Пайдаланушылар сонымен қатар үй ішіндегі қауіпсіздікті, жарықтандыруды және тұрмыстық техниканы қысқа хабарламалар арқылы басқара алады; 4) Жүйе жалғыз жұмыс істеп тұрғанда, LCD дисплей пайдаланушыларға көруге ыңғайлы ағымдағы жүйенің күйін көрсетеді; 5) Электр жабдықтарының күйін сақтау және жүйені онлайн режимінде іске қосу үшін оны компьютерге жіберу.
Аппараттық құрал Carrier Sense көптік қатынау/соқтығысуды анықтауды (CSMA/CA) қолдайды. Жұмыс кернеуі 2.0 ~ 3.6 В жүйенің қуат тұтынуын төмендетеді. Басқару орталығындағы ZigBee координатор модуліне қосылу арқылы үй ішінде сымсыз ZigBee жұлдызды желісін орнатыңыз. Барлық бақылау түйіндері таңдалып, үй ішіндегі қауіпсіздік пен тұрмыстық техниканы сымсыз ZigBee желілік басқаруын жүзеге асыру үшін желіге қосылу үшін үйдегі құрылғылардың контроллерін желідегі терминалдық түйін ретінде қосыңыз.
2.2 Бақылау түйіндері
Бақылау түйінінің функциялары келесідей: 1) адам денесінің сигналдарын анықтау, ұрылар басып кірген кезде дыбыстық және жарықтық дабыл беру; 2) жарықтандыруды басқару, басқару режимі автоматты басқару және қолмен басқару болып бөлінеді, автоматты басқару үй ішіндегі жарықтың күшіне сәйкес жарықты автоматты түрде қосады/өшіреді, қолмен басқару жарықтандыруды басқару орталық басқару жүйесі арқылы жүзеге асырылады, (3) дабыл туралы ақпарат және басқа да ақпарат басқару орталығына жіберіледі және жабдықты басқаруды аяқтау үшін басқару орталығынан басқару командаларын алады.
Инфрақызыл және микротолқынды анықтау режимі адам денесінің сигналын анықтаудың ең көп таралған тәсілі болып табылады. Пироэлектрлік инфрақызыл зонд - RE200B, ал күшейту құрылғысы - BISS0001. RE200B 3-10 В кернеумен жұмыс істейді және кіріктірілген пироэлектрлік қос сезімтал инфрақызыл элементке ие. Элемент инфрақызыл жарықты қабылдаған кезде, әр элементтің полюстерінде фотоэлектрлік эффект пайда болады және заряд жиналады. BISS0001 - операциялық күшейткіштен, кернеу салыстырғышынан, күй реттегішінен, кідіріс уақыт таймерінен және блоктау уақыт таймерінен тұратын сандық-аналогтық гибридті ASIC. RE200B және бірнеше компоненттермен бірге пассивті пироэлектрлік инфрақызыл қосқышты жасауға болады. Микротолқынды сенсор үшін Ant-g100 модулі пайдаланылды, орталық жиілік 10 ГГц, ал максималды орнату уақыты 6 мкс болды. Пироэлектрлік инфрақызыл модульмен бірге нысананы анықтау қателіктерін тиімді түрде азайтуға болады.
Жарықты басқару модулі негізінен фотосезімтал резистордан және жарықты басқару релесінен тұрады. Фотосезімтал резисторды 10 K ω реттелетін резистормен тізбектей жалғаңыз, содан кейін фотосезімтал резистордың екінші ұшын жерге қосыңыз және реттелетін резистордың екінші ұшын жоғары деңгейге қосыңыз. Ток шамының жанып тұрғанын анықтау үшін екі кедергі қосылу нүктесінің кернеу мәні SCM аналогтық-цифрлық түрлендіргіші арқылы алынады. Реттелетін кедергіні пайдаланушы жарық жаңа ғана қосылған кезде жарық қарқындылығына сәйкес реттей алады. Ішкі жарықтандыру қосқыштары релелермен басқарылады. Тек бір кіріс/шығыс портына қол жеткізуге болады.
2.3 Қосылған тұрмыстық техника контроллерін таңдаңыз
Тұрмыстық техниканы басқаруды негізінен құрылғының функциясына сәйкес қосуды таңдаңыз, мұнда электр желдеткіші мысал ретінде келтірілген. Желдеткішті басқару - бұл басқару орталығы, ол компьютер желдеткішін басқару нұсқауларын электр желдеткішінің контроллеріне ZigBee желісін енгізу арқылы жібереді, әртүрлі құрылғылардың сәйкестендіру нөмірі әртүрлі, мысалы, осы келісімнің ережелері бойынша желдеткіштің сәйкестендіру нөмірі 122, тұрмыстық түрлі-түсті теледидардың сәйкестендіру нөмірі 123, осылайша әртүрлі электрлік тұрмыстық техниканы басқару орталығын тануды жүзеге асырады. Бірдей нұсқаулық коды үшін әртүрлі тұрмыстық техника әртүрлі функцияларды орындайды. 4-суретте қосу үшін таңдалған тұрмыстық техниканың құрамы көрсетілген.
3. Жүйелік бағдарламалық жасақтаманы жобалау
Жүйелік бағдарламалық жасақтаманың дизайны негізінен алты бөліктен тұрады, олар: қашықтан басқару веб-бетінің дизайны, орталық басқару жүйесін жобалау, басқару орталығының негізгі контроллері ATMegal28 бағдарламасын жобалау, CC2430 үйлестіруші бағдарламасын жобалау, CC2430 бақылау түйінінің бағдарламасын жобалау, CC2430 құрылғыны таңдау бағдарламасын жобалау.
3.1 ZigBee үйлестірушісінің бағдарламасының дизайны
Координатор алдымен қолданбалы деңгейді инициализациялауды аяқтайды, қолданбалы деңгей күйін және қабылдау күйін бос режимге қояды, содан кейін жаһандық үзілістерді қосады және енгізу/шығару портын инициализациялайды. Содан кейін координатор сымсыз жұлдыз желісін құра бастайды. Хаттамада координатор автоматты түрде 2,4 ГГц диапазонын таңдайды, секундына биттердің максималды саны 62 500, әдепкі PANID 0 × 1347, стектің максималды тереңдігі 5, жіберуге байттардың максималды саны 93 және сериялық порттың бод жылдамдығы 57 600 бит/с. SL0W TIMER секундына 10 үзіліс жасайды. ZigBee желісі сәтті орнатылғаннан кейін координатор өз мекенжайын басқару орталығының MCU-на жібереді. Мұнда басқару орталығының MCU ZigBee координаторын бақылау түйінінің мүшесі ретінде анықтайды және оның анықталған мекенжайы 0 болады. Бағдарлама негізгі циклге кіреді. Алдымен терминал түйіні жіберген жаңа деректер бар-жоғын анықтаңыз, егер бар болса, деректер тікелей басқару орталығының MCU-на жіберіледі; Басқару орталығының MCU-сына нұсқаулар жіберілгенін анықтаңыз, егер солай болса, нұсқауларды тиісті ZigBee терминал түйініне жіберіңіз; Қауіпсіздік ашық па, ұры бар ма, егер солай болса, дабыл туралы ақпаратты басқару орталығының MCU-сына жіберіңіз; Жарықтың автоматты басқару күйінде екенін анықтаңыз, егер солай болса, үлгі алу үшін аналогты-цифрлық түрлендіргішті қосыңыз, үлгі алу мәні жарықты қосу немесе өшіру кілті болып табылады, егер жарық күйі өзгерсе, жаңа күй туралы ақпарат басқару орталығының MC-U-сына беріледі.
3.2 ZigBee терминалдық түйінін бағдарламалау
ZigBee терминалдық түйіні ZigBee координаторы басқаратын сымсыз ZigBee түйінін білдіреді. Жүйеде ол негізінен бақылау түйіні және тұрмыстық техника контроллерін қосымша қосу болып табылады. ZigBee терминалдық түйіндерін инициализациялауға қолданбалы деңгейді инициализациялау, үзілістерді ашу және енгізу/шығару порттарын инициализациялау кіреді. Содан кейін ZigBee желісіне қосылуға тырысыңыз. Желіге тек ZigBee координаторы орнатылған соңғы түйіндер ғана қосыла алатынын ескеру маңызды. Егер ZigBee терминалдық түйіні желіге қосыла алмаса, ол желіге сәтті қосылғанша әр екі секунд сайын қайталап әрекеттенеді. Желіге сәтті қосылғаннан кейін, ZI-Gbee терминалдық түйіні өзінің тіркеу ақпаратын ZigBee координаторына жібереді, содан кейін ол ZigBee терминалдық түйінін тіркеуді аяқтау үшін басқару орталығының MCU-сына жібереді. Егер ZigBee терминалдық түйіні бақылау түйіні болса, ол жарықтандыру мен қауіпсіздікті басқаруды жүзеге асыра алады. Бағдарлама ZigBee координаторына ұқсас, тек бақылау түйіні деректерді ZigBee координаторына жіберуі керек, содан кейін ZigBee координаторы деректерді басқару орталығының MCU-сына жібереді. Егер ZigBee терминалдық түйіні электр желдеткіш контроллері болса, ол күйді жүктемей, тек жоғарғы компьютердің деректерін қабылдауы керек, сондықтан оны басқару сымсыз деректерді қабылдау үзілісінде тікелей аяқталуы мүмкін. Сымсыз деректерді қабылдау үзілісінде барлық терминалдық түйіндер алынған басқару нұсқауларын түйіннің басқару параметрлеріне түрлендіреді және алынған сымсыз нұсқауларды түйіннің негізгі бағдарламасында өңдемейді.
4 Онлайн түзету
Орталық басқару жүйесі шығаратын бекітілген жабдықтың нұсқаулық коды үшін өсетін нұсқаулық компьютердің сериялық порты арқылы басқару орталығының MCU-на және екі жолды интерфейс арқылы координаторға, содан кейін координатор арқылы ZigBee терминалдық түйініне жіберіледі. Терминалдық түйін деректерді қабылдаған кезде, деректер қайтадан сериялық порт арқылы ДК-ге жіберіледі. Бұл ДК-де ZigBee терминалдық түйіні қабылдаған деректер басқару орталығы жіберген деректермен салыстырылады. Орталық басқару жүйесі әр секунд сайын 2 нұсқаулық жібереді. 5 сағаттық тестілеуден кейін тестілеу бағдарламалық жасақтамасы алынған пакеттердің жалпы саны 36 000 пакет екенін көрсеткенде тоқтайды. Көп протоколды деректерді беруді тестілеу бағдарламалық жасақтамасының тестілеу нәтижелері 6-суретте көрсетілген. Дұрыс пакеттер саны 36 000, қате пакеттер саны 0, ал дәлдік деңгейі 100%.
ZigBee технологиясы ақылды үйдің ішкі желісін жүзеге асыру үшін қолданылады, оның ыңғайлы қашықтан басқару, жаңа жабдықты икемді қосу және сенімді басқару өнімділігі сияқты артықшылықтары бар. RFTD технологиясы пайдаланушыны сәйкестендіруді жүзеге асыру және жүйенің қауіпсіздігін жақсарту үшін қолданылады. GSM модуліне қол жеткізу арқылы қашықтан басқару және дабыл функциялары жүзеге асырылады.
Жарияланған уақыты: 2022 жылғы 6 қаңтар