ज़िगबी-आधारित स्मार्ट घर कैसे डिज़ाइन करें?

स्मार्ट होम एक ऐसा प्लेटफॉर्म है, जिसमें एकीकृत वायरिंग तकनीक, नेटवर्क संचार तकनीक, सुरक्षा तकनीक, स्वचालित नियंत्रण तकनीक, ऑडियो और वीडियो तकनीक का उपयोग करके घरेलू जीवन से संबंधित सुविधाओं को एकीकृत किया जाता है, कुशल आवासीय सुविधाओं और पारिवारिक मामलों के प्रबंधन प्रणाली का निर्माण करने, घर की सुरक्षा, सुविधा, आराम, कलात्मकता में सुधार करने और पर्यावरण संरक्षण और ऊर्जा की बचत वाले रहने के माहौल को साकार करने के लिए शेड्यूल किया जाता है। स्मार्ट होम की नवीनतम परिभाषा के आधार पर, ज़िगबी तकनीक की विशेषताओं का संदर्भ लें, इस प्रणाली के डिजाइन में आवश्यक रूप से एक स्मार्ट होम सिस्टम (स्मार्ट होम (केंद्रीय) नियंत्रण प्रणाली, घरेलू प्रकाश नियंत्रण प्रणाली, घरेलू सुरक्षा प्रणाली) शामिल है, जिसके आधार पर घरेलू वायरिंग सिस्टम, होम नेटवर्क सिस्टम, बैकग्राउंड म्यूजिक सिस्टम और पारिवारिक पर्यावरण नियंत्रण प्रणाली शामिल है। इस बात की पुष्टि पर कि बुद्धिमत्ता में रहता है, सभी आवश्यक प्रणाली को पूरी तरह से स्थापित किया जाता है, और घरेलू प्रणाली जो कम से कम एक तरह की वैकल्पिक प्रणाली स्थापित करती है और उससे ऊपर कम से कम बुद्धिमत्ता कहलाती है। इसलिए, इस प्रणाली को बुद्धिमान घर कहा जा सकता है।

1. सिस्टम डिज़ाइन योजना

यह प्रणाली घर में नियंत्रित उपकरणों और रिमोट कंट्रोल उपकरणों से बनी है। उनमें से, परिवार में नियंत्रित उपकरणों में मुख्य रूप से वह कंप्यूटर शामिल है जो इंटरनेट, नियंत्रण केंद्र, निगरानी नोड और घरेलू उपकरणों के नियंत्रक तक पहुँच सकता है जिन्हें जोड़ा जा सकता है। रिमोट कंट्रोल डिवाइस मुख्य रूप से रिमोट कंप्यूटर और मोबाइल फोन से बने होते हैं।

सिस्टम के मुख्य कार्य हैं: 1) वेब पेज ब्राउज़िंग का फ्रंट पेज, पृष्ठभूमि सूचना प्रबंधन; 2) इंटरनेट और मोबाइल फोन के माध्यम से इनडोर घरेलू उपकरणों, सुरक्षा और प्रकाश व्यवस्था के स्विच नियंत्रण का एहसास; 3) आरएफआईडी मॉड्यूल के माध्यम से उपयोगकर्ता की पहचान का एहसास करने के लिए, ताकि उपयोगकर्ता को एसएमएस अलार्म के माध्यम से चोरी के मामले में इनडोर सुरक्षा स्थिति स्विच को पूरा किया जा सके; 4) केंद्रीय नियंत्रण प्रबंधन प्रणाली सॉफ्टवेयर के माध्यम से इनडोर प्रकाश व्यवस्था और घरेलू उपकरणों के स्थानीय नियंत्रण और स्थिति प्रदर्शन को पूरा करने के लिए; 5) डेटाबेस का उपयोग करके व्यक्तिगत जानकारी भंडारण और इनडोर उपकरण स्थिति भंडारण पूरा किया जाता है। केंद्रीय नियंत्रण और प्रबंधन प्रणाली के माध्यम से इनडोर उपकरण की स्थिति को क्वेरी करना उपयोगकर्ताओं के लिए सुविधाजनक है।

2. सिस्टम हार्डवेयर डिज़ाइन

सिस्टम के हार्डवेयर डिजाइन में नियंत्रण केंद्र, मॉनिटरिंग नोड और घरेलू उपकरण नियंत्रक का वैकल्पिक जोड़ (उदाहरण के लिए इलेक्ट्रिक पंखा नियंत्रक लें) का डिजाइन शामिल है।

2.1 नियंत्रण केंद्र

नियंत्रण केंद्र के मुख्य कार्य इस प्रकार हैं: 1) वायरलेस ज़िगबी नेटवर्क का निर्माण करना, नेटवर्क में सभी मॉनिटरिंग नोड्स को जोड़ना और नए उपकरणों के रिसेप्शन का एहसास करना; 2) उपयोगकर्ता की पहचान, घर पर या वापस उपयोगकर्ता कार्ड के माध्यम से इनडोर सुरक्षा स्विच प्राप्त करना; 3) जब कोई चोर कमरे में घुसपैठ करता है, तो अलार्म के लिए उपयोगकर्ता को एक छोटा संदेश भेजें। उपयोगकर्ता छोटे संदेशों के माध्यम से इनडोर सुरक्षा, प्रकाश व्यवस्था और घरेलू उपकरणों को भी नियंत्रित कर सकते हैं; 4) जब सिस्टम अकेले चल रहा होता है, तो एलसीडी वर्तमान सिस्टम की स्थिति प्रदर्शित करता है, जिसे उपयोगकर्ता देखने के लिए सुविधाजनक होते हैं; 5) विद्युत उपकरणों की स्थिति को संग्रहीत करें और सिस्टम को ऑनलाइन महसूस करने के लिए इसे पीसी पर भेजें।

हार्डवेयर कैरियर सेंस मल्टीपल एक्सेस/टकराव का पता लगाने (CSMA/CA) का समर्थन करता है। 2.0 ~ 3.6V का ऑपरेटिंग वोल्टेज सिस्टम की कम बिजली खपत के लिए अनुकूल है। नियंत्रण केंद्र में ZigBee समन्वयक मॉड्यूल से कनेक्ट करके घर के अंदर एक वायरलेस ZigBee स्टार नेटवर्क स्थापित करें। और सभी मॉनिटरिंग नोड्स, नेटवर्क में टर्मिनल नोड के रूप में होम अप्लायंस कंट्रोलर को जोड़ने के लिए चुने गए हैं, ताकि इनडोर सुरक्षा और घरेलू उपकरणों के वायरलेस ZigBee नेटवर्क नियंत्रण का एहसास हो सके।

2.2 मॉनिटरिंग नोड्स

निगरानी नोड के कार्य इस प्रकार हैं: 1) मानव शरीर सिग्नल का पता लगाना, चोरों के आक्रमण करने पर ध्वनि और प्रकाश अलार्म; 2) प्रकाश नियंत्रण, नियंत्रण मोड को स्वचालित नियंत्रण और मैनुअल नियंत्रण में विभाजित किया गया है, स्वचालित नियंत्रण इनडोर प्रकाश की ताकत के अनुसार स्वचालित रूप से प्रकाश को चालू / बंद करता है, मैनुअल नियंत्रण प्रकाश नियंत्रण केंद्रीय नियंत्रण प्रणाली के माध्यम से होता है, (3) अलार्म जानकारी और अन्य जानकारी नियंत्रण केंद्र को भेजी जाती है, और उपकरण नियंत्रण को पूरा करने के लिए नियंत्रण केंद्र से नियंत्रण आदेश प्राप्त करता है।

इन्फ्रारेड प्लस माइक्रोवेव डिटेक्शन मोड मानव शरीर के सिग्नल का पता लगाने का सबसे आम तरीका है। पायरोइलेक्ट्रिक इन्फ्रारेड जांच RE200B है, और प्रवर्धन उपकरण BISS0001 है। RE200B 3-10 V वोल्टेज द्वारा संचालित है और इसमें बिल्ट-इन पायरोइलेक्ट्रिक दोहरे-संवेदनशील इन्फ्रारेड तत्व हैं। जब तत्व अवरक्त प्रकाश प्राप्त करता है, तो प्रत्येक तत्व के ध्रुवों पर फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव होगा और चार्ज जमा होगा। BISS0001 एक डिजिटल-एनालॉग हाइब्रिड asIC है जो ऑपरेशनल एम्पलीफायर, वोल्टेज तुलनित्र, स्टेट कंट्रोलर, देरी समय टाइमर और ब्लॉकिंग टाइम टाइमर से बना है। RE200B और कुछ घटकों के साथ, निष्क्रिय पायरोइलेक्ट्रिक इन्फ्रारेड स्विच का निर्माण किया जा सकता है। माइक्रोवेव सेंसर के लिए Ant-g100 मॉड्यूल का उपयोग किया गया था, केंद्र आवृत्ति 10 गीगाहर्ट्ज थी, और अधिकतम स्थापना समय 6μs था। पायरोइलेक्ट्रिक इन्फ्रारेड मॉड्यूल के साथ संयुक्त, लक्ष्य का पता लगाने की त्रुटि दर को प्रभावी ढंग से कम किया जा सकता है।

लाइट कंट्रोल मॉड्यूल मुख्य रूप से फोटोसेंसिटिव रेसिस्टर और लाइट कंट्रोल रिले से बना होता है। फोटोसेंसिटिव रेसिस्टर को 10 K ω के एडजस्टेबल रेसिस्टर के साथ सीरीज में कनेक्ट करें, फिर फोटोसेंसिटिव रेसिस्टर के दूसरे सिरे को ग्राउंड से कनेक्ट करें, और एडजस्टेबल रेसिस्टर के दूसरे सिरे को हाई लेवल से कनेक्ट करें। दो प्रतिरोध कनेक्शन बिंदुओं का वोल्टेज मान SCM एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर के माध्यम से प्राप्त किया जाता है ताकि यह निर्धारित किया जा सके कि वर्तमान लाइट चालू है या नहीं। समायोज्य प्रतिरोध को उपयोगकर्ता द्वारा प्रकाश की तीव्रता को पूरा करने के लिए समायोजित किया जा सकता है जब प्रकाश चालू होता है। इनडोर लाइटिंग स्विच रिले द्वारा नियंत्रित होते हैं। केवल एक इनपुट/आउटपुट पोर्ट प्राप्त किया जा सकता है।

2.3 जोड़े गए होम एप्लायंस कंट्रोलर का चयन करें

घरेलू उपकरणों के नियंत्रण को मुख्य रूप से डिवाइस के कार्य के अनुसार जोड़ने के लिए चुनें, यहाँ एक उदाहरण के रूप में इलेक्ट्रिक पंखे के लिए। पंखे का नियंत्रण नियंत्रण केंद्र पीसी पंखे नियंत्रण निर्देश होगा जो ज़िगबी नेटवर्क कार्यान्वयन के माध्यम से इलेक्ट्रिक पंखे नियंत्रक को भेजा जाएगा, विभिन्न उपकरणों की पहचान संख्या अलग-अलग है, उदाहरण के लिए, इस समझौते के प्रावधानों के अनुसार पंखे की पहचान संख्या 122 है, घरेलू रंगीन टीवी पहचान संख्या 123 है, इस प्रकार विभिन्न विद्युत घरेलू उपकरणों के नियंत्रण केंद्र की मान्यता का एहसास होता है। एक ही निर्देश कोड के लिए, विभिन्न घरेलू उपकरण अलग-अलग कार्य करते हैं। चित्रा 4 जोड़ के लिए चुने गए घरेलू उपकरणों की संरचना को दर्शाता है।

3. सिस्टम सॉफ्टवेयर डिजाइन

सिस्टम सॉफ्टवेयर डिजाइन में मुख्य रूप से छह भाग शामिल हैं, जो रिमोट कंट्रोल वेब पेज डिजाइन, केंद्रीय नियंत्रण प्रबंधन प्रणाली डिजाइन, नियंत्रण केंद्र मुख्य नियंत्रक ATMegal28 प्रोग्राम डिजाइन, CC2430 समन्वयक प्रोग्राम डिजाइन, CC2430 मॉनिटरिंग नोड प्रोग्राम डिजाइन, CC2430 चयन ऐड डिवाइस प्रोग्राम डिजाइन हैं।

3.1 ज़िगबी समन्वयक कार्यक्रम डिज़ाइन

समन्वयक सबसे पहले एप्लीकेशन लेयर इनिशियलाइज़ेशन को पूरा करता है, एप्लीकेशन लेयर स्टेट और रिसीव स्टेट को निष्क्रिय पर सेट करता है, फिर ग्लोबल इंटरप्ट को चालू करता है और I/O पोर्ट को इनिशियलाइज़ करता है। समन्वयक फिर एक वायरलेस स्टार नेटवर्क बनाना शुरू करता है। प्रोटोकॉल में, समन्वयक स्वचालित रूप से 2.4 गीगाहर्ट्ज बैंड का चयन करता है, प्रति सेकंड बिट्स की अधिकतम संख्या 62 500 है, डिफ़ॉल्ट PANID 0 × 1347 है, अधिकतम स्टैक गहराई 5 है, प्रति भेजने के लिए बाइट्स की अधिकतम संख्या 93 है, और सीरियल पोर्ट बॉड दर 57 600 बिट/एस है। SL0W TIMER प्रति सेकंड 10 इंटरप्ट उत्पन्न करता है। ZigBee नेटवर्क सफलतापूर्वक स्थापित होने के बाद, समन्वयक अपना पता नियंत्रण केंद्र के MCU को भेजता है। यहां, नियंत्रण केंद्र MCU निगरानी नोड के सदस्य के रूप में ZigBee समन्वयक की पहचान करता है, और इसका पहचाना गया पता 0 है। कार्यक्रम मुख्य लूप में प्रवेश करता है। सबसे पहले, निर्धारित करें कि क्या टर्मिनल नोड द्वारा नया डेटा भेजा गया है, अगर वहाँ है, तो डेटा सीधे नियंत्रण केंद्र के एमसीयू को प्रेषित किया जाता है; निर्धारित करें कि क्या नियंत्रण केंद्र के एमसीयू को निर्देश भेजे गए हैं, यदि हां, तो निर्देशों को संबंधित ज़िगबी टर्मिनल नोड को भेजें; जज करें कि क्या सुरक्षा खुली है, क्या कोई चोर है, यदि हां, तो नियंत्रण केंद्र के एमसीयू को अलार्म जानकारी भेजें; जज करें कि क्या प्रकाश स्वचालित नियंत्रण स्थिति में है, यदि हां, तो नमूने के लिए एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर चालू करें, नमूना मूल्य प्रकाश को चालू या बंद करने की कुंजी है, यदि प्रकाश की स्थिति बदलती है, तो नई स्थिति की जानकारी नियंत्रण केंद्र MC-U को प्रेषित की जाती है।

3.2 ज़िगबी टर्मिनल नोड प्रोग्रामिंग

ZigBee टर्मिनल नोड ZigBee समन्वयक द्वारा नियंत्रित वायरलेस ZigBee नोड को संदर्भित करता है। सिस्टम में, यह मुख्य रूप से मॉनिटरिंग नोड और घरेलू उपकरण नियंत्रक का वैकल्पिक जोड़ है। ZigBee टर्मिनल नोड्स के आरंभीकरण में एप्लिकेशन लेयर आरंभीकरण, इंटरप्ट खोलना और I/O पोर्ट आरंभ करना भी शामिल है। फिर ZigBee नेटवर्क में शामिल होने का प्रयास करें। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि केवल ZigBee समन्वयक सेटअप वाले अंतिम नोड्स को ही नेटवर्क में शामिल होने की अनुमति है। यदि ZigBee टर्मिनल नोड नेटवर्क में शामिल होने में विफल रहता है, तो यह हर दो सेकंड में फिर से प्रयास करेगा जब तक कि यह सफलतापूर्वक नेटवर्क में शामिल न हो जाए। नेटवर्क में सफलतापूर्वक शामिल होने के बाद, ZI-Gbee टर्मिनल नोड अपनी पंजीकरण जानकारी ZigBee समन्वयक को भेजता है, जो फिर इसे ZigBee टर्मिनल नोड के पंजीकरण को पूरा करने के लिए नियंत्रण केंद्र के MCU को अग्रेषित करता है। यदि ZigBee टर्मिनल नोड एक मॉनिटरिंग नोड है, तो यह प्रकाश और सुरक्षा के नियंत्रण को महसूस कर सकता है। यह प्रोग्राम ZigBee कोऑर्डिनेटर के समान है, सिवाय इसके कि मॉनिटरिंग नोड को ZigBee कोऑर्डिनेटर को डेटा भेजने की आवश्यकता होती है, और फिर ZigBee कोऑर्डिनेटर नियंत्रण केंद्र के MCU को डेटा भेजता है। यदि ZigBee टर्मिनल नोड एक इलेक्ट्रिक फैन कंट्रोलर है, तो उसे केवल राज्य अपलोड किए बिना ऊपरी कंप्यूटर का डेटा प्राप्त करने की आवश्यकता होती है, इसलिए इसका नियंत्रण वायरलेस डेटा प्राप्त करने के व्यवधान में सीधे पूरा किया जा सकता है। वायरलेस डेटा प्राप्त करने में रुकावट के दौरान, सभी टर्मिनल नोड्स प्राप्त नियंत्रण निर्देशों को नोड के नियंत्रण मापदंडों में अनुवाद करते हैं, और नोड के मुख्य कार्यक्रम में प्राप्त वायरलेस निर्देशों को संसाधित नहीं करते हैं।

4 ऑनलाइन डिबगिंग

केंद्रीय नियंत्रण प्रबंधन प्रणाली द्वारा जारी किए गए स्थिर उपकरणों के निर्देश कोड के लिए बढ़ते निर्देश कंप्यूटर के सीरियल पोर्ट के माध्यम से नियंत्रण केंद्र के एमसीयू को भेजे जाते हैं, और दो-लाइन इंटरफेस के माध्यम से समन्वयक को, और फिर समन्वयक द्वारा ज़िगबी टर्मिनल नोड को भेजा जाता है। जब टर्मिनल नोड डेटा प्राप्त करता है, तो डेटा को फिर से सीरियल पोर्ट के माध्यम से पीसी पर भेजा जाता है। इस पीसी पर, ज़िगबी टर्मिनल नोड द्वारा प्राप्त डेटा की तुलना नियंत्रण केंद्र द्वारा भेजे गए डेटा से की जाती है। केंद्रीय नियंत्रण प्रबंधन प्रणाली हर सेकंड 2 निर्देश भेजती है। 5 घंटे के परीक्षण के बाद, परीक्षण सॉफ्टवेयर तब बंद हो जाता है जब यह दिखाता है कि प्राप्त पैकेटों की कुल संख्या 36,000 पैकेट है। मल्टी-प्रोटोकॉल डेटा ट्रांसमिशन परीक्षण सॉफ्टवेयर के परीक्षण परिणाम चित्रा 6 में दिखाए गए हैं। सही पैकेटों की संख्या 36 000 है, गलत पैकेटों की संख्या 0 है, और सटीकता दर 100% है।

स्मार्ट होम के आंतरिक नेटवर्किंग को साकार करने के लिए ज़िगबी तकनीक का उपयोग किया जाता है, जिसमें सुविधाजनक रिमोट कंट्रोल, नए उपकरणों के लचीले जोड़ और विश्वसनीय नियंत्रण प्रदर्शन के फायदे हैं। उपयोगकर्ता की पहचान को साकार करने और सिस्टम सुरक्षा में सुधार करने के लिए RFTD तकनीक का उपयोग किया जाता है। GSM मॉड्यूल की पहुँच के माध्यम से, रिमोट कंट्रोल और अलार्म फ़ंक्शन को साकार किया जाता है।