ज़िगबी-आधारित स्मार्ट होम कैसे डिज़ाइन करें?

स्मार्ट होम एक ऐसा प्लेटफ़ॉर्म है जो 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 करता है, कुशल आवासीय सुविधाओं और पारिवारिक मामलों के प्रबंधन प्रणाली का निर्माण करता है, घर की सुरक्षा, सुविधा, आराम, कलात्मकता में सुधार करता है और पर्यावरण संरक्षण और ऊर्जा की बचत वाले रहने के वातावरण को साकार करता है। स्मार्ट होम की नवीनतम परिभाषा के आधार पर, ज़िगबी तकनीक की विशेषताओं को देखते हुए, इस प्रणाली के डिज़ाइन में आवश्यक रूप से एक स्मार्ट होम सिस्टम (स्मार्ट होम (केंद्रीय) नियंत्रण प्रणाली, घरेलू प्रकाश नियंत्रण प्रणाली, घरेलू सुरक्षा प्रणालियाँ) शामिल हैं, जिसके आधार पर घरेलू वायरिंग प्रणाली, घरेलू नेटवर्क प्रणाली, पृष्ठभूमि संगीत प्रणाली और पारिवारिक पर्यावरण नियंत्रण प्रणाली को जोड़ा जाता है। बुद्धिमत्ता में रहने की पुष्टि पर, सभी आवश्यक सिस्टम पूरी तरह से स्थापित हैं, और घरेलू सिस्टम जो कम से कम एक प्रकार या उससे ऊपर की वैकल्पिक प्रणाली स्थापित करता है, उसे बुद्धिमत्ता कहा जा सकता 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 होती है। इनमें से, परिवार में नियंत्रित उपकरणों में मुख्य रूप से इंटरनेट एक्सेस करने वाला कंप्यूटर, नियंत्रण केंद्र, मॉनिटरिंग नोड और जोड़े जा सकने वाले घरेलू उपकरणों के नियंत्रक शामिल हैं। रिमोट कंट्रोल उपकरण मुख्य रूप से रिमोट कंप्यूटर और मोबाइल फोन से बने होते हैं।

इस प्रणाली के मुख्य कार्य हैं: 1) वेब पेज ब्राउज़िंग के पहले पृष्ठ पर पृष्ठभूमि सूचना प्रबंधन; 2) इंटरनेट और मोबाइल फोन के माध्यम से इनडोर घरेलू उपकरणों, सुरक्षा और प्रकाश व्यवस्था के स्विच नियंत्रण को साकार करना; 3) आरएफआईडी मॉड्यूल के माध्यम से उपयोगकर्ता की पहचान का एहसास करना, ताकि इनडोर सुरक्षा स्थिति स्विच को पूरा किया जा सके, चोरी की स्थिति में उपयोगकर्ता को एसएमएस अलार्म के माध्यम से सूचित 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 करना; 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 उपकरणों की स्थिति की 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 फैन नियंत्रक लें) का डिजाइन शामिल है।

2.1 नियंत्रण केंद्र

नियंत्रण केंद्र के मुख्य कार्य इस प्रकार हैं: 1) एक वायरलेस ज़िगबी नेटवर्क का निर्माण, सभी निगरानी नोड्स को नेटवर्क से जोड़ना और नए उपकरणों का स्वागत प्राप्त करना; 2) उपयोगकर्ता की पहचान, उपयोगकर्ता कार्ड के माध्यम से घर पर या वापस, 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 हो, तो एलसीडी वर्तमान सिस्टम स्थिति प्रदर्शित करता है, जिसे उपयोगकर्ता आसानी से देख सकते हैं; 5) विद्युत उपकरणों की स्थिति संग्रहीत करें और सिस्टम को ऑनलाइन करने के लिए इसे पीसी पर भेजें।

यह हार्डवेयर कैरियर सेंस मल्टीपल एक्सेस/टकराव का पता लगाने (CSMA/CA) को सपोर्ट 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 घर के अंदर सुरक्षा और घरेलू उपकरणों का वायरलेस ZigBee नेटवर्क नियंत्रण प्राप्त किया जा सके।

2.2 मॉनिटरिंग नोड्स

निगरानी नोड के कार्य इस प्रकार हैं: 1) मानव शरीर सिग्नल का पता लगाना, ध्वनि और प्रकाश अलार्म जब चोर आक्रमण करते हैं; 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 और माइक्रोवेव डिटेक्शन मोड मानव शरीर में संकेतों का पता लगाने का सबसे आम तरीका है। पायरोइलेक्ट्रिक इन्फ्रारेड प्रोब RE200B है और एम्प्लीफिकेशन डिवाइस BISS0001 है। RE200B 3-10V वोल्टेज द्वारा संचालित होता है और इसमें एक अंतर्निहित पायरोइलेक्ट्रिक द्वि-संवेदनशील इन्फ्रारेड तत्व है। जब तत्व इन्फ्रारेड प्रकाश प्राप्त करता है, तो प्रत्येक तत्व के ध्रुवों पर प्रकाश-विद्युत प्रभाव उत्पन्न होगा और आवेश संचित होगा। BISS0001 एक डिजिटल-एनालॉग हाइब्रिड ASIC है जो ऑपरेशनल एम्पलीफायर, वोल्टेज तुलनित्र, स्टेट कंट्रोलर, विलंब समय टाइमर और ब्लॉकिंग समय टाइमर से बना है। RE200B और कुछ घटकों के साथ मिलकर, एक निष्क्रिय पायरोइलेक्ट्रिक इन्फ्रारेड स्विच बनाया जा सकता है। माइक्रोवेव सेंसर के लिए Ant-g100 मॉड्यूल का उपयोग किया गया था, जिसकी केंद्र आवृत्ति 10 GHz थी और अधिकतम स्थापना समय 6μs था। पायरोइलेक्ट्रिक इन्फ्रारेड मॉड्यूल के साथ, लक्ष्य पहचान की त्रुटि दर को प्रभावी ढंग से कम किया जा सकता है।

प्रकाश नियंत्रण मॉड्यूल मुख्य रूप से प्रकाश-संवेदी प्रतिरोधक और प्रकाश नियंत्रण रिले से बना होता है। प्रकाश-संवेदी प्रतिरोधक को 10K ω के समायोज्य प्रतिरोधक के साथ श्रेणीक्रम में जोड़ें, फिर प्रकाश-संवेदी प्रतिरोधक के दूसरे सिरे को भूमि से जोड़ें, और समायोज्य प्रतिरोधक के दूसरे सिरे को उच्च स्तर से जोड़ें। दो प्रतिरोध संयोजन बिंदुओं का वोल्टेज मान SCM एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर के माध्यम से प्राप्त किया जाता है ताकि यह निर्धारित किया जा सके कि वर्तमान प्रकाश चालू है या नहीं। उपयोगकर्ता प्रकाश की तीव्रता के अनुसार समायोज्य प्रतिरोध को समायोजित कर सकता है जब प्रकाश चालू होता है। इनडोर प्रकाश 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 उपकरण के कार्य के अनुसार जोड़ने का चयन करें, उपकरण नियंत्रण प्राप्त करने के लिए, यहाँ उदाहरण के तौर पर बिजली के पंखे को लिया गया है। पंखे का नियंत्रण नियंत्रण केंद्र पीसी पंखे नियंत्रण निर्देशों को ज़िगबी नेटवर्क कार्यान्वयन के माध्यम से बिजली के पंखे नियंत्रक को भेजेगा। विभिन्न उपकरणों की पहचान संख्याएँ अलग-अलग होती हैं, उदाहरण के लिए, इस समझौते के प्रावधानों के अनुसार पंखे की पहचान संख्या 122 है, और घरेलू रंगीन टीवी की पहचान संख्या 123 है, जिससे विभिन्न विद्युत घरेलू उपकरणों के नियंत्रण केंद्र की पहचान का एहसास होता है। एक ही निर्देश कोड के लिए, विभिन्न घरेलू उपकरण अलग-अलग कार्य करते हैं। चित्र 4 जोड़ने के लिए चुने गए घरेलू उपकरणों की संरचना को दर्शाता है।

3. सिस्टम सॉफ्टवेयर डिज़ाइन

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 सेलेक्ट ऐड डिवाइस प्रोग्राम डिजाइन हैं।

3.1 ज़िगबी समन्वयक कार्यक्रम डिज़ाइन

समन्वयक सबसे पहले एप्लीकेशन लेयर इनिशियलाइज़ेशन पूरा करता है, एप्लीकेशन लेयर स्टेट और रिसीव स्टेट को आइडल पर सेट करता है, फिर ग्लोबल इंटरप्ट को चालू करता है और I/O पोर्ट को इनिशियलाइज़ करता है। इसके बाद समन्वयक एक वायरलेस स्टार नेटवर्क बनाना शुरू करता है। प्रोटोकॉल में, समन्वयक स्वचालित रूप से 2.4 GHz बैंड का चयन करता है, प्रति सेकंड बिट्स की अधिकतम संख्या 62500 है, डिफ़ॉल्ट PANID 0×1347 है, अधिकतम स्टैक डेप्थ 5 है, प्रति सेंड बाइट्स की अधिकतम संख्या 93 है, और सीरियल पोर्ट बॉड रेट 57600 बिट/सेकेंड है। SL0W टाइमर प्रति सेकंड 10 इंटरप्ट उत्पन्न करता है। ZigBee नेटवर्क सफलतापूर्वक स्थापित होने के बाद, समन्वयक इसका पता नियंत्रण केंद्र के MCU को भेजता है। यहाँ, नियंत्रण केंद्र MCU, ZigBee समन्वयक को मॉनिटरिंग नोड के सदस्य के रूप में पहचानता है, और इसका पहचाना गया पता 0 है। प्रोग्राम मुख्य लूप में प्रवेश करता है। सबसे पहले, निर्धारित करें कि क्या टर्मिनल नोड द्वारा नया डेटा भेजा गया है, यदि 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 अलार्म सूचना को नियंत्रण केंद्र के एमसीयू को 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 स्थिति बदलती है, तो नई स्थिति की जानकारी नियंत्रण केंद्र एमसी-यू 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 यह प्रोग्राम ज़िगबी समन्वयक के समान है, सिवाय इसके कि मॉनिटरिंग नोड को ज़िगबी समन्वयक को डेटा भेजना होता है, और फिर ज़िगबी समन्वयक नियंत्रण केंद्र के एमसीयू को डेटा भेजता है। यदि ज़िगबी टर्मिनल नोड एक इलेक्ट्रिक फैन नियंत्रक है, तो उसे केवल ऊपरी कंप्यूटर से डेटा प्राप्त करने की आवश्यकता होती है, बिना स्टेट अपलोड किए, ताकि वायरलेस डेटा प्राप्ति में रुकावट के दौरान इसका नियंत्रण सीधे पूरा हो सके। वायरलेस डेटा प्राप्ति में रुकावट के दौरान, सभी टर्मिनल नोड प्राप्त नियंत्रण निर्देशों को नोड के नियंत्रण मापदंडों में परिवर्तित कर देते हैं, और नोड के मुख्य प्रोग्राम 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 MCU को भेजे जाते हैं, और दो-लाइन इंटरफ़ेस के माध्यम से समन्वयक को, और फिर समन्वयक द्वारा ZigBee टर्मिनल नोड को भेजे जाते हैं। जब टर्मिनल नोड डेटा प्राप्त करता है, तो डेटा फिर से सीरियल पोर्ट के माध्यम से पीसी को भेजा जाता है। इस पीसी पर, ZigBee 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 बंद हो जाता है जब यह दर्शाता है कि प्राप्त पैकेटों की कुल संख्या 36,000 पैकेट है। मल्टी-प्रोटोकॉल डेटा ट्रांसमिशन परीक्षण सॉफ्टवेयर के परीक्षण परिणाम चित्र 6 में दिखाए गए हैं।

स्मार्ट होम के आंतरिक नेटवर्किंग को साकार करने के लिए ज़िगबी तकनीक का उपयोग किया जाता है, जिसके लाभ सुविधाजनक रिमोट कंट्रोल, नए उपकरणों का लचीला जोड़ और विश्वसनीय नियंत्रण प्रदर्शन हैं। उपयोगकर्ता पहचान को साकार करने और सिस्टम सुरक्षा में सुधार के लिए आरएफटीडी तकनीक का उपयोग किया जाता है। जीएसएम मॉड्यूल की पहुँच के माध्यम से, रिमोट कंट्रोल और अलार्म फ़ंक्शन साकार होते हैं।