Teknoloji Akıllı ev kontrolörü tasarımını gerçekleştirmek için ZigBee teknolojisi nasıl kullanılır?
ZigBee, birçok alanda geniş uygulama olanaklarına sahip, ortaya çıkan kısa menzilli, düşük karmaşıklık, düşük güç, düşük veri hızı ve düşük maliyetli kablosuz ağ teknolojisidir.
Akıllı ev, çok işlevli kapsamlı bir teknoloji sistemidir. Aile evini bir platform olarak kullanır ve ailedeki çeşitli elektrikli cihazları bir tür ağ üzerinden bağlamak için gelişmiş bilgisayar teknolojisi, iletişim teknolojisi, ağ teknolojisi, kontrol teknolojisi ve bilgi teknolojisi kullanır. İnsanlara rahat, güvenli, uygun, çevre dostu ve verimli bir yaşam ortamı sağlamak için ağa bağlı kapsamlı yönetim ve düzenlemeyi gerçekleştirmek için organik olarak bağlı
Bu makalede tanıtılan akıllı ev denetleyicisi, evde ve ayrıca İnternet veya GPRS sistemi aracılığıyla çeşitli elektrikli ekipmanların yerel olarak çalıştırılmasını kolaylaştırmak için evde nispeten bağımsız birçok ev aletiyle birleşik bir akıllı ev sistemi oluşturmak için ZigBee teknolojisini kullanır. Çeşitli elektrikli ekipmanların uzaktan kontrolünü gerçekleştirin.
1. ZigBee Teknolojisine Giriş
ZigBee teknolojisi, son yıllarda kademeli olarak geliştirilen ve büyük pazar potansiyeline sahip bir kablosuz bağlantı teknolojisidir. Düşük güç tüketimi, düşük veri hacmi ve düşük maliyetli kablosuz ağ gereksinimlerini karşılamak için doğdu. IEEE Kablosuz Kişisel Alan Ağı (Kablosuz Kişisel Alan Ağı, WPAN) çalışma grubunun 80211514 standardını temel alır ve ZigBee teknik standardı olarak adlandırılır.
Tam ZigBee protokolü, Şekil 1'de gösterildiği gibi uygulama katmanı, uygulama yakınsama katmanı, ağ katmanı, veri bağlantı katmanı ve fiziksel katmandan oluşur.
IEEE80211514 standardı, fiziksel katmanı (PHY) ve veri bağlantı katmanını (MAC) tanımlar; ağ katmanının üzerindeki protokol, ZigBee Alliance tarafından formüle edilir. Uygulama katmanı, Uygulama Destek Alt Katmanı (APS), ZigBee Cihaz Nesnesi (ZDO) ve Üretici tarafından belirtilen uygulama nesnesi.
ZigBee, bağımsız çalışma düğümlerine güvenir ve üç ağ yapısı oluşturmak için kablosuz iletişimi kullanır: kendi kendine organizasyon yoluyla yıldız, ağ ve kümeler, bu nedenle her düğümün işlevleri tam olarak aynı değildir. Sistemin maliyetini düşürmek için, IEEE80211514 iki tür fiziksel cihazı tanımlar: Tam İşlevli Aygıt FFD (Tam İşlevli Aygıt) ve Azaltılmış İşlevli Aygıt RFD (Azaltılmış İşlevli Aygıt). FFD düğümü, bir denetleyici işlevine sahiptir, veri alışverişi sağlar, ağ koordinatörü, yönlendirme düğümü ve terminal düğümü olarak kullanılabilir ve ağdaki her tür ekipmanla iletişim kurabilir; RFD yalnızca bir terminal düğümü olarak kullanılabilir ve yalnızca FFD iletişimi için iki RFD düğümü iletişim kuramaz.
Bir kablosuz iletişim teknolojisi olan Zigbee, yakın mesafe, düşük karmaşıklık, düşük güç tüketimi, düşük veri hızı, düşük maliyet, güvenlik ve güvenilirlik, geniş ağ kapasitesi, kendi kendine organizasyon ve güçlü kendi kendini iyileştirme özelliklerine sahiptir.Birçok teknik alanda yaygın olarak kullanılabilir. , Geniş pazar beklentilerine sahiptir.
2. Zigbee teknolojisine dayalı akıllı ev denetleyicisinin tasarımı
Akıllı ev sisteminin ağ iletişimi aşağıdaki özelliklere sahiptir:
İletim verilerinin miktarı azdır ve çok fazla iletim hızına gerek yoktur; Ailedeki çeşitli ev aletlerini karşılamak için ağın kapasitesi büyüktür; Gerçek zamanlı bilgi iyidir ve gecikme süresi kısadır.
ZigBee'nin teknik özellikleri, özellikle kendi kendini organize etme ve kendi kendini iyileştirme yetenekleri ile akıllı ev ağlarının yukarıda belirtilen ihtiyaçlarını iyi karşılayabileceğini belirler.Bu tür kablosuz iletişim teknolojisi, akıllı ev sistemleri için ideal bir iletişim yöntemidir.
1. Enerji ev sisteminin temel bileşimi
Akıllı ev sistemi, GSM / GPRS / CDMA / ağ, ZigBee kişisel alan ağı, İnternet ve topluluk bilgi ağı aracılığıyla bilgilerin ara bağlantısını ve karşılıklı iletişimini gerçekleştirebilir. Kullanıcılar, ev aletlerini ve aydınlatma cihazlarını dış mekandaki cep telefonlarından kontrol edebilir ve ayrıca hırsızlık önleme, yangından korunma ve gaz kaçağı önleme gibi ev alarm bilgilerini zamanında alabilir; ev aletleri evde uzaktan kumandalarla kontrol edilebilir. Denetleyici ayrıca, topluluk tarafından yayınlanan her türlü bilgiye başvurabilen ve gerektiğinde topluluk güvenliğine bir alarm ve tehlike sinyali gönderebilen görsel interkom sisteminin iç mekan ana bilgisayarı işlevine de sahiptir. Sistem temel olarak bir akıllı ev kontrolörü ve birkaç iç mekan izleme ZigBee fonksiyonel modülünden oluşur. Sistem modeli Şekil 2'de gösterilmektedir. Akıllı ev denetleyicisi, 2 kablosuz iletişim ağı, İnternet ve 2 kablolu iletişim hattı aracılığıyla bilgilerin harici tesislerle ara bağlantısını gerçekleştirir, böylece akıllı ev denetleyicisi bir dijital ev ağ geçidi olarak kabul edilebilir.
Akıllı ev denetleyicisi bir cep telefonu modülü ile donatılmıştır ve GSM (GPRS, CDMA) mobil iletişim ağı üzerinden kullanıcının cep telefonuyla iki yönlü kısa mesajlar gönderip alabilir. Kullanıcı, cep telefonu kısa mesajıyla ev aletlerinin güç anahtarı kontrolünü, karartmasını ve hız kontrolünü gerçekleştirebilir; kontrolör, hırsızlık önleme, yangın önleme, gaz sızıntısı önleme ve ev acil durumları için cep telefonu kısa mesajı şeklinde kullanıcının cep telefonuna alarm sinyali gönderir. Alarm için kullanılır.
Denetleyici, evdeki izleme cihazı ile Zig2Bee kablosuz ağı üzerinden iletişim kuran ve ZigBee ağ koordinatörü (FFD) olarak kullanılan bir ZigBee modülü ile donatılmıştır. Akıllı bir ev ZigBee ağı oluşturmaktan, sistem kontrol merkezi tarafından gönderilen talimatları almaktan ve buna göre işlem yapmaktan sorumludur. Aynı zamanda, yönlendirme düğümünden (FFD) veya terminal düğümünden (RFD) alınan veriler, sistem kontrol merkezine gönderilir.
İç mekan izleme ekipmanı amacına göre üç kategoriye ayrılabilir: ilk kategori anahtarlar ve prizlerdir.En basit prizler ev aletleri için kullanılabilir (pilav pişiriciler, su sebilleri, TV'ler, buzdolapları, klimalar, çamaşır makineleri, elektrikli cihazlar gibi) Karartma gerektirmeyen perdeler ve lambalar) güç anahtarı kontrolü; daha karmaşık akıllı anahtarlar ve soketler, sarkıt lambaların ve zemin lambalarının kısılması veya elektrikli fanların hız ayarı için kullanılan ayarlanabilir çıkış gücü işlevine sahiptir. İkinci kategori, hırsızlık önleme için piroelektrik kızılötesi sensörlerin ve kapı manyetik sensörlerinin kullanıldığı, yangın önleme için duman sensörlerinin kullanıldığı, gaz kaçağı önleme için gaz sensörlerinin kullanıldığı ve acil durumlar için (yaşlıların ani olayları gibi) manuel alarm düğmelerinin kullanıldığı sensör ürünleridir. Başlangıç) alarmı. Bu düğümler, ağın terminal düğümü (RFD) olarak ZigBee modülü ile donatılmıştır. Üçüncü kategori, yalnızca ev aletlerinin anahtar kontrolünü ve kısma hızı kontrolünü gerçekleştirmeyen, aynı zamanda aydınlatma ortamı ayarı ve kontrol işlevlerine sahip olan bir el kumandasıdır.
Topluluk, bir mülk yönetimi iletişim ağı ve bir erişim kontrol interkom sistemi ile donatılmışsa, kontrolör ayrıca görsel erişim kontrol interkom sisteminin bir iç mekan ana bilgisayarı işlevine de sahiptir.
Kontrolör üzerindeki LCD ekran, ziyaretçinin görüntüsünü gösterebilir ve ziyaretçiyle konuşabilir veya kapının kilidini açabilir. Ek olarak, kontrolör, topluluğun mülk yönetimi tarafından gönderilen çeşitli metin mesajlarını alabilir; kapalı alanda bir kaza meydana geldiğinde, topluluğun mülk yönetimine bir alarm sinyali gönderebilir. Denetleyici, kullanıcıların ev aletlerinin işleyişini evden uzaktayken İnternet üzerinden kontrol etmeleri için bir İnternet arayüzü ile donatılmıştır ve ayrıca evde meydana gelen olayları da izleyebilmektedir. Yeni nesil İnternetin ortaya çıkışı, bu işlevin uygulanması için büyük destek sağlayacak.O zamana kadar, her ev aleti ve kontrolör kendi statik IP adresine sahip olacak ve böylece ağın bir üyesi olacak.
ZigBee'nin kümelenmiş ağı, yıldız ve ağ yapısının özelliklerini birleştirir.Pratik uygulamalarda kümelenmiş bir ağ oluşturmak için akıllı ev denetleyicileri ve ZigBee sensör düğümleri kullanıyoruz. Ölçeklenebilirliği iyidir.Büyük apartman veya villa kullanıcıları için ağ kapsama alanı yönlendirme düğümleri eklenerek genişletilebilir; küçük apartman kullanıcıları için enerji tasarrufu için yönlendirme düğümlerini azaltarak bir yıldız ağa dönüştürülebilir. , Veri aktarım hızını hızlandırın.
2. Ev denetleyicisinin donanım tasarımı
2.1 Energy Home Controller'a Giriş
Akıllı ev sisteminin temel bileşeni, akıllı ev denetleyicisidir. Kompozisyon blok diyagramı Şekil 3'te gösterildiği gibi, gömülü işlemciyi merkez alır, cep telefonu modülü, ZigBee modülü ve gerekli yardımcı arayüzden oluşur. Akıllı ev kontrolörü, tüm akıllı ev sisteminin kontrol merkezidir.Donanım çekirdeği merkezi işlem birimidir.Cihaz kontrolü, görev zamanlama, iletişim protokolü dönüştürme, veri iletimi ve alımı ve veri yönetimi gibi tüm görevler, merkezi işlem birimini gerektirir. Fonksiyonlar, ölçeklenebilirlik, işletim sistemi desteği ve güç tüketimi göz önüne alındığında, ana işlemci olarak güçlü 32-bit ARM9 mikroişlemci S3C2410X'i seçiyoruz ve bellek 64M NAND Flash ve 64M SDRAM'ı seçiyor.
İnsan-makine arayüzü açısından, 5 inçlik bir TFT LCD ekran kullanılır ve buna karşılık gelen bir dokunmatik ekran yapılandırılır. Topluluk mülk yönetimi tarafından gönderilen ziyaretçi görüntülerini ve çeşitli bilgileri görüntülemek için kullanılabilir ve kullanıcıların çeşitli ev ekipmanlarını kontrol etmek için verileri kolayca girmelerini sağlar. Ek olarak, kontrol yöntemini daha esnek hale getirmek için klavye arayüzü, işlemcinin çeşitli kontrol ve alarm yöntemlerini genişletebilen I2C veriyolu arayüzü kullanılarak tasarlanmıştır. Denetleyicide 2 iletişim modülü bulunur: cep telefonu modülü ve ZigBee modülü. Cep telefonu modülü, bir ana bilgisayar modülü, bir SIM kart arayüzü, bir ses parçası ve bir radyo frekansı bölümünden oluşur ve SIMCOM tarafından üretilen SIM300 yongasını (GPRS modülü) kullanır. ARM ile veri iletimi için standart RS-232 arayüzü benimsenmiştir ve modülün çalışması, kısa mesajların gönderilip alınmasını gerçekleştirmek için AT komutları kullanılarak tamamlanır. Zigbee modülü, çeşitli ev aletlerinin çalışma durumunu toplar ve çeşitli arıza alarm bilgilerini alır ve verileri RS-232 arayüzü üzerinden ARM'ye iletir.
Denetleyicide bir Ethernet arabirimi bulunur ve denetleyici üzerinde kurulan Web sunucusuyla birlikte kullanıcılar ev ortamını ve çeşitli ev aletlerini İnternet üzerinden izleyebilir. Şekil 3'teki RS-485 arabirimi, topluluk mülk yönetimi ile iletişim kurmak için kullanılır (orijinal topluluk ağı ile işbirliği yapın. Yeni bir topluluksa, doğrudan Ethernet arabirimini kullanabilirsiniz). Oluşturmak için iki ARM9 USART alıcı-vericisini birleştirmek için MAX3232'yi kullanın İki RS-232 bağlantı noktası ve bir RS-485 bağlantı noktası.
Ses arabirimi, mikroişlemci içindeki IIS veriyolu arabiriminden ve harici ses dijital sinyal kodlayıcı yongasından (UDA1341TS) oluşur.
Video arabirimi, video sinyalini bir JPG dosya formatına veya mikroişlemcinin işleyebileceği bir ikili görüntü akışına dönüştürmek için SMIC'in DSP yongasını kullanır ve işlendikten sonra görüntülenmek üzere LCD ekrana gönderir.
2.2 Enerji ev kontrolöründe Zigbee modülü
ZigBee modülü, tam fonksiyonlu cihaz (FFD) tipini benimser Akıllı ev sisteminde bir ağ koordinatörü olarak hareket eder ve akıllı ev sistemindeki diğer azaltılmış fonksiyonlu cihazlara (RFD) bağlanmak için iki yönlü bilgi aktarımı sağlayabilir.
CC2430 yongası, önceki CC2420 yongasının mimarisini genişletir ve ZigBee radyo frekansı (RF) ön ucunu, belleği ve mikro denetleyiciyi tek bir yonga üzerinde birleştirir. 128KB programlanabilir flash belleğe ve 8KB RAM'e sahip 8 bitlik bir MCU (8051) kullanır.Ayrıca bir analogdan dijitale dönüştürücü, 4 zamanlayıcı, AES-128 yardımcı işlemci, watchdog zamanlayıcı, 32kHz kristal osilatör uyku modu içerir Mod zamanlayıcı, açılış sıfırlama devresi, kapanma algılama devresi ve 21 programlanabilir I / O pini.
CC2430 yongası 0118m CMOS işlemi kullanılarak üretilir ve çalışma sırasında akım tüketimi 27mA'dır; alma ve gönderme modlarında akım tüketimi sırasıyla 27mA veya 25mA'dan düşüktür. CC2430'un uyku modu ve aktif moda geçişin ultra kısa süreli özellikleri, özellikle çok uzun pil ömrü gerektiren uygulamalar için uygundur.
CC2430, birkaç protokol setini destekleyen iki güçlü US2ART iletişim arayüzüne sahiptir.Bu iletişim arayüzlerinden biri aracılığıyla, S3C2410X işlemci konfigürasyon bilgilerini CC2430'a yazabilir veya okuyabilir ve ayrıca veri gönderip alabilir. CC2430 yongası, programcının programlama iş yükünü azaltan, iletişimi hızlandıran ve enerji tüketimini azaltan CRC ve veri bütünlüğü denetimi gibi işlevleri entegre eder. Çip aynı zamanda veri aktarımı sırasında rekabet ve çatışmalardan kaçınmak için CS2MA-CA teknolojisini kullanıyor ve gereksiz enerji tüketimini azaltıyor. Bu nedenle, CC2430 yongası ultra düşük enerji tüketimine sahiptir, hizmet ömrü yıllarca hesaplanabilir ve fiyatı ucuzdur, bu da çok sayıda dağıtılmış düğüm gerektiren sensör ağlarının özelliklerine uygundur.
Kontrolör, çeşitli ev aletlerinin çalışma durumunu toplamak için Zigbee modülünü kullanır ve RS-232 arabirimi aracılığıyla çeşitli arıza alarmı bilgilerini alır.
3. Ev denetleyicisinin işlevi
Akıllı ev denetleyicisi işletim sistemi, açık kaynaklı bir gömülü Linux işletim sistemi seçer ve kesildikten sonra denetleyici donanım platformuna aktarılır. Akıllı ev denetleyicisi Linux, ARM sistemi, cep telefonu modülü ve ZigBee modülünü bir bütün halinde entegre ederek, evde çok düğümlü kablosuz bağlantıyı kolayca gerçekleştirmek için ZigBee teknolojisini kullanarak tamamen işlevsel bir gömülü sistem oluşturur. Akıllı ev denetleyicisinin işlevi
(1) ARM mimarisine ve açık kaynak gömülü linux işletim sistemine sahip 32 bit yerleşik RISC işlemci;
(2) Akıllı ev kontrol sisteminin kontrol merkezi ve ev sistemindeki bilgi cihazı platformunun ağ geçididir;
(3) Soygun veya hastalık durumunda, yönetim merkezine otomatik olarak rapor vermek için acil durum düğmesine basın;
(4) Aileyle bir birim olarak yapılandırın, topluluk bildirimlerini, çalışma koşullarını ve sistemin her bir parçasının verilerini görüntülemek için LCD ekranı kullanın;
(5) ZigBee sensör düğümlerini çeşitli arıza alarm verilerini (yangın, gaz sızıntısı, vb.) İzlemek ve cep telefonu modülü aracılığıyla kullanıcıya veya topluluk yönetim merkezine otomatik olarak göndermek için kullanın;
(6) Ethernet (veya RS-485) yoluyla topluluk yönetim merkeziyle iletişim kurun;
(7) Denetleyici üzerindeki kablosuz ZigBee modülü, çeşitli ev aletlerini kontrol etmek için ev sistemindeki alt düğümlerle iletişim kurar;
(8) Kullanıcılar, ailedeki çeşitli ev aletlerini İnternet aracılığıyla uzaktan izleyebilir.
Akıllı ev denetleyicisi, Zigbee modülü aracılığıyla çeşitli ev aletlerinin çalışma durumunu toplar ve çeşitli arıza alarm verilerini veri tabanında saklar; arıza alarmı işlemeye öncelik verir, cep telefonu modülü aracılığıyla kullanıcının cep telefonuna veya topluluk mülk yönetimine otomatik olarak kısa mesajlar gönderir ve siteyi gönderir Veriler, çeşitli bilgilerin daha fazla analizi ve istatistikleri için gerçek zamanlı olarak veritabanında saklanır. Burada veritabanı, ön ve arka ucu birbirine bağlayan, uzaktan izleme ve yerel LCD ekran için durum verilerini depolayan ve aynı zamanda tarayıcı ve yerel klavye girişini alan bir ara yazılım haline gelir ve iletişim programı ve CGI programı, kontrol komutlarının indirilmesini ve çalışma durumunun yüklenmesini tamamlar; Aynı zamanda veri tabanının arızanın analizini, istatistiklerini ve sorgusunu gerçekleştirmesi gerekir. Bu sistem tasarımında, uzaktan kontrol veri iletimi ve veri paylaşımı gereksinimlerini karşılamak için gömülü veritabanı SQLite kullanıyoruz.
Kontrolörün yazılımı temel olarak 4 modüle ayrılmıştır: veri toplama arayüzlü iletişim programı, arıza alarm programı, yerel insan-bilgisayar etkileşim programı ve uzaktan kontrol programı. Kullanıcıların akıllı ev ağını İnternet üzerindeki bir tarayıcı aracılığıyla kontrol edebilmeleri için, kullanıcıyla iletişim kurmak için kontrolörde (dijital ev ağ geçidi) bir web sunucusunun kurulması gerekir ve arka plan CGI programı CGI arayüzü aracılığıyla çağrılır. CGI programı, Web sunucusu ile kontrol programı arasında bir bağlantı kurar, özel kontrol programını çağırır ve akıllı ev ağının dahili düğümlerinin belirlenmiş çalışmasını gerçekleştirir. Ağı izler, ağdaki cihazların durumunu her zaman ve her yerde bilir ve ağdaki çeşitli cihazları kontrol eder. Ağ izleme, ev ağında da çok önemlidir, böylece kullanıcılar ağın durumunu, örneğin ekipmanın katılması ve çıkması, ekipman arızası vb.
Üç. Sonuç
ZigBee teknolojisi, düşük maliyetli, düşük güçlü ve düşük hızlı kablosuz iletişim pazarındaki boşluğu kapatır. Akıllı ev denetleyicisi donanımı, gelişmiş ARM9 gömülü sistem, cep telefonu modülü ve ZigBee modülünden oluşur; işletim sistemi gömülü Linux'u benimser ve ev ağı, gelecekteki akıllı ev geliştirme ihtiyaçlarına uyum sağlayabilen iyi güvenlik ve eksiksiz sistem işlevlerine sahip ZigBee kablosuz ağını benimser .
