झिगबी-आधारित स्मार्ट होम कसे डिझाइन करावे?

स्मार्ट होम हे एक व्यासपीठ म्हणून घर आहे, ज्यामध्ये एकात्मिक वायरिंग तंत्रज्ञान, नेटवर्क कम्युनिकेशन तंत्रज्ञान, सुरक्षा तंत्रज्ञान, स्वयंचलित नियंत्रण तंत्रज्ञान, ऑडिओ आणि व्हिडिओ तंत्रज्ञानाचा वापर घरगुती जीवनाशी संबंधित सुविधा एकत्रित करण्यासाठी, कार्यक्षम निवासी सुविधा आणि कुटुंब व्यवहार व्यवस्थापन प्रणाली तयार करण्यासाठी वेळापत्रक, घर सुरक्षा, सुविधा, आराम, कलात्मकता सुधारणे आणि पर्यावरण संरक्षण आणि ऊर्जा बचत करणारे राहणीमान साकार करण्यासाठी केला जातो. स्मार्ट होमच्या नवीनतम व्याख्येवर आधारित, ZigBee तंत्रज्ञानाची वैशिष्ट्ये पहा, या प्रणालीची रचना, आवश्यकतेनुसार घरगुती वायरिंग प्रणाली, होम नेटवर्क सिस्टम, पार्श्वभूमी संगीत प्रणाली आणि कुटुंब पर्यावरण नियंत्रण प्रणालीच्या आधारावर स्मार्ट होम सिस्टम (स्मार्ट होम (केंद्रीय) नियंत्रण प्रणाली, घरगुती प्रकाश नियंत्रण प्रणाली, घर सुरक्षा प्रणाली) समाविष्ट आहे. बुद्धिमत्तेत राहणाऱ्या पुष्टीकरणावर, सर्व आवश्यक प्रणाली पूर्णपणे स्थापित केल्या जातात आणि किमान एक प्रकारची आणि त्याहून अधिक पर्यायी प्रणाली स्थापित करणारी घरगुती प्रणाली बुद्धिमत्ता जगू शकते. म्हणून, या प्रणालीला बुद्धिमान घर म्हटले जाऊ शकते.

१. सिस्टम डिझाइन योजना

ही प्रणाली घरात नियंत्रित उपकरणे आणि रिमोट कंट्रोल उपकरणांनी बनलेली असते. त्यापैकी, कुटुंबातील नियंत्रित उपकरणांमध्ये प्रामुख्याने इंटरनेट अॅक्सेस करू शकणारा संगणक, नियंत्रण केंद्र, देखरेख नोड आणि जोडता येणारे घरगुती उपकरणांचे नियंत्रक यांचा समावेश होतो. रिमोट कंट्रोल उपकरणे प्रामुख्याने रिमोट संगणक आणि मोबाईल फोनपासून बनलेली असतात.

या प्रणालीची मुख्य कार्ये अशी आहेत: १) वेब पेजचे मुख्य पान ब्राउझ करणे, पार्श्वभूमी माहिती व्यवस्थापन; २) इंटरनेट आणि मोबाईल फोनद्वारे घरातील घरगुती उपकरणांचे स्विच नियंत्रण, सुरक्षा आणि प्रकाशयोजना साकार करणे; ३) चोरी झाल्यास वापरकर्त्याला एसएमएस अलार्मद्वारे घरातील सुरक्षा स्थिती स्विच पूर्ण करण्यासाठी वापरकर्त्याची ओळख पटविण्यासाठी आरएफआयडी मॉड्यूलद्वारे; ४) घरातील प्रकाशयोजना आणि घरगुती उपकरणांचे स्थानिक नियंत्रण आणि स्थिती प्रदर्शन पूर्ण करण्यासाठी केंद्रीय नियंत्रण व्यवस्थापन प्रणाली सॉफ्टवेअरद्वारे; ५) डेटाबेस वापरून वैयक्तिक माहिती साठवणूक आणि घरातील उपकरणांची स्थिती साठवणूक पूर्ण केली जाते. केंद्रीय नियंत्रण आणि व्यवस्थापन प्रणालीद्वारे वापरकर्त्यांना घरातील उपकरणांची स्थिती विचारणे सोयीचे आहे.

२. सिस्टम हार्डवेअर डिझाइन

सिस्टमच्या हार्डवेअर डिझाइनमध्ये कंट्रोल सेंटरची रचना, मॉनिटरिंग नोड आणि होम अप्लायन्स कंट्रोलरची पर्यायी भर समाविष्ट आहे (उदाहरण म्हणून इलेक्ट्रिक फॅन कंट्रोलर घ्या).

२.१ नियंत्रण केंद्र

नियंत्रण केंद्राची मुख्य कार्ये खालीलप्रमाणे आहेत: १) वायरलेस झिगबी नेटवर्क तयार करणे, नेटवर्कमध्ये सर्व मॉनिटरिंग नोड्स जोडणे आणि नवीन उपकरणांचे स्वागत करणे; २) वापरकर्ता ओळखणे, वापरकर्ता कार्डद्वारे घरी किंवा परत वापरकर्ता ओळखणे जेणेकरून घरातील सुरक्षा स्विच साध्य होईल; ३) जेव्हा एखादा चोर खोलीत घुसतो तेव्हा वापरकर्त्याला अलार्मसाठी एक छोटा संदेश पाठवा. वापरकर्ते लहान संदेशांद्वारे घरातील सुरक्षा, प्रकाशयोजना आणि घरगुती उपकरणे देखील नियंत्रित करू शकतात; ४) जेव्हा सिस्टम एकटी चालू असते, तेव्हा एलसीडी सध्याची सिस्टम स्थिती प्रदर्शित करते, जी वापरकर्त्यांना पाहण्यास सोयीस्कर असते; ५) विद्युत उपकरणांची स्थिती संग्रहित करा आणि सिस्टम ऑनलाइन साकार करण्यासाठी पीसीवर पाठवा.

हे हार्डवेअर कॅरियर सेन्स मल्टिपल अॅक्सेस/कॉलिजन डिटेक्शन (CSMA/CA) ला सपोर्ट करते. २.० ~ ३.६V चा ऑपरेटिंग व्होल्टेज सिस्टमच्या कमी वीज वापरासाठी अनुकूल आहे. कंट्रोल सेंटरमधील झिगबी कोऑर्डिनेटर मॉड्यूलशी कनेक्ट करून घरामध्ये वायरलेस झिगबी स्टार नेटवर्क सेट करा. आणि नेटवर्कमध्ये सामील होण्यासाठी नेटवर्कमध्ये टर्मिनल नोड म्हणून होम अप्लायन्स कंट्रोलर जोडण्यासाठी निवडलेले सर्व मॉनिटरिंग नोड्स, जेणेकरून इनडोअर सिक्युरिटी आणि होम अप्लायन्सेसचे वायरलेस झिगबी नेटवर्क नियंत्रण साध्य होईल.

२.२ मॉनिटरिंग नोड्स

मॉनिटरिंग नोडची कार्ये खालीलप्रमाणे आहेत: १) चोर आक्रमण करतात तेव्हा मानवी शरीराचे सिग्नल शोधणे, ध्वनी आणि प्रकाश अलार्म; २) प्रकाश नियंत्रण, नियंत्रण मोड स्वयंचलित नियंत्रण आणि मॅन्युअल नियंत्रणात विभागलेला आहे, घरातील प्रकाशाच्या ताकदीनुसार स्वयंचलित नियंत्रण प्रकाश स्वयंचलितपणे चालू/बंद केला जातो, मॅन्युअल नियंत्रण प्रकाश नियंत्रण केंद्रीय नियंत्रण प्रणालीद्वारे केले जाते, (३) नियंत्रण केंद्राला पाठवलेली अलार्म माहिती आणि इतर माहिती, आणि उपकरण नियंत्रण पूर्ण करण्यासाठी नियंत्रण केंद्राकडून नियंत्रण आदेश प्राप्त करते.

मानवी शरीरातील सिग्नल शोधण्यासाठी इन्फ्रारेड प्लस मायक्रोवेव्ह डिटेक्शन मोड हा सर्वात सामान्य मार्ग आहे. पायरोइलेक्ट्रिक इन्फ्रारेड प्रोब RE200B आहे आणि अॅम्प्लीफिकेशन डिव्हाइस BISS0001 आहे. RE200B 3-10 V व्होल्टेजद्वारे समर्थित आहे आणि त्यात बिल्ट-इन पायरोइलेक्ट्रिक ड्युअल-सेन्सिटिव्ह इन्फ्रारेड घटक आहे. जेव्हा घटक इन्फ्रारेड प्रकाश प्राप्त करतो तेव्हा प्रत्येक घटकाच्या ध्रुवांवर फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव पडतो आणि चार्ज जमा होतो. BISS0001 हा एक डिजिटल-अ‍ॅनालॉग हायब्रिड asIC आहे जो ऑपरेशनल अॅम्प्लिफायर, व्होल्टेज कंपॅरेटर, स्टेट कंट्रोलर, डिले टाइम टाइमर आणि ब्लॉकिंग टाइम टाइमरने बनलेला आहे. RE200B आणि काही घटकांसह, निष्क्रिय पायरोइलेक्ट्रिक इन्फ्रारेड स्विच तयार केला जाऊ शकतो. मायक्रोवेव्ह सेन्सरसाठी अँट-g100 मॉड्यूल वापरला गेला, सेंटर फ्रिक्वेन्सी 10 GHz होती आणि कमाल स्थापना वेळ 6μs होता. पायरोइलेक्ट्रिक इन्फ्रारेड मॉड्यूलसह एकत्रित केल्याने, लक्ष्य शोधण्याचा त्रुटी दर प्रभावीपणे कमी केला जाऊ शकतो.

लाईट कंट्रोल मॉड्यूलमध्ये प्रामुख्याने फोटोसेन्सिटिव्ह रेझिस्टर आणि लाईट कंट्रोल रिले असते. फोटोसेन्सिटिव्ह रेझिस्टरला १० के ω च्या अॅडजस्टेबल रेझिस्टरने सिरीजमध्ये कनेक्ट करा, नंतर फोटोसेन्सिटिव्ह रेझिस्टरचे दुसरे टोक जमिनीशी जोडा आणि अॅडजस्टेबल रेझिस्टरचे दुसरे टोक उच्च पातळीशी जोडा. दोन रेझिस्टन्स कनेक्शन पॉइंट्सचे व्होल्टेज व्हॅल्यू SCM अॅनालॉग-टू-डिजिटल कन्व्हर्टरद्वारे मिळवले जाते जेणेकरून करंट लाईट चालू आहे की नाही हे निश्चित केले जाऊ शकते. लाईट नुकतीच चालू केल्यावर प्रकाशाची तीव्रता पूर्ण करण्यासाठी वापरकर्त्याद्वारे अॅडजस्टेबल रेझिस्टन्स समायोजित केला जाऊ शकतो. इनडोअर लाइटिंग स्विच रिलेद्वारे नियंत्रित केले जातात. फक्त एक इनपुट/आउटपुट पोर्ट मिळवता येतो.

२.३ जोडलेले घरगुती उपकरण नियंत्रक निवडा

डिव्हाइस नियंत्रण साध्य करण्यासाठी, मुख्यतः डिव्हाइसच्या कार्यानुसार घरगुती उपकरणांचे नियंत्रण जोडणे निवडा, येथे उदाहरण म्हणून इलेक्ट्रिक फॅनचा विचार करा. फॅन कंट्रोल म्हणजे नियंत्रण केंद्र म्हणजे पीसी फॅन कंट्रोल सूचना जे ZigBee नेटवर्क अंमलबजावणीद्वारे इलेक्ट्रिक फॅन कंट्रोलरला पाठवले जातील, वेगवेगळ्या उपकरणांचा ओळख क्रमांक वेगळा आहे, उदाहरणार्थ, या कराराच्या तरतुदींमध्ये फॅन आयडेंटिफिकेशन नंबर १२२ आहे, घरगुती रंगीत टीव्ही आयडेंटिफिकेशन नंबर १२३ आहे, अशा प्रकारे वेगवेगळ्या इलेक्ट्रिकल होम अप्लायन्स कंट्रोल सेंटरची ओळख पटते. एकाच सूचना कोडसाठी, वेगवेगळी घरगुती उपकरणे वेगवेगळी कार्ये करतात. आकृती ४ जोडण्यासाठी निवडलेल्या घरगुती उपकरणांची रचना दर्शवते.

३. सिस्टम सॉफ्टवेअर डिझाइन

सिस्टम सॉफ्टवेअर डिझाइनमध्ये प्रामुख्याने सहा भाग असतात, जे रिमोट कंट्रोल वेब पेज डिझाइन, सेंट्रल कंट्रोल मॅनेजमेंट सिस्टम डिझाइन, कंट्रोल सेंटर मेन कंट्रोलर ATMegal28 प्रोग्राम डिझाइन, CC2430 कोऑर्डिनेटर प्रोग्राम डिझाइन, CC2430 मॉनिटरिंग नोड प्रोग्राम डिझाइन, CC2430 सिलेक्ट अॅड डिव्हाइस प्रोग्राम डिझाइन आहेत.

३.१ झिगबी समन्वयक कार्यक्रम डिझाइन

समन्वयक प्रथम अ‍ॅप्लिकेशन लेयर इनिशिएलायझेशन पूर्ण करतो, अ‍ॅप्लिकेशन लेयर स्टेट आणि रिसीव्ह स्टेट आयडलवर सेट करतो, नंतर ग्लोबल इंटरप्ट्स चालू करतो आणि I/O पोर्ट इनिशिएलायझेशन करतो. त्यानंतर समन्वयक वायरलेस स्टार नेटवर्क तयार करण्यास सुरुवात करतो. प्रोटोकॉलमध्ये, समन्वयक स्वयंचलितपणे २.४ GHz बँड निवडतो, प्रति सेकंद बिट्सची कमाल संख्या ६२ ५०० आहे, डिफॉल्ट PANID ०×१३४७ आहे, कमाल स्टॅक डेप्थ ५ आहे, प्रति सेंड बाइट्सची कमाल संख्या ९३ आहे आणि सिरीयल पोर्ट बॉड रेट ५७ ६०० बिट/सेकंद आहे. SL0W TIMER प्रति सेकंद १० इंटरप्ट्स जनरेट करतो. ZigBee नेटवर्क यशस्वीरित्या स्थापित झाल्यानंतर, समन्वयक त्याचा पत्ता नियंत्रण केंद्राच्या MCU ला पाठवतो. येथे, नियंत्रण केंद्र MCU ZigBee कोऑर्डिनेटरला मॉनिटरिंग नोडचा सदस्य म्हणून ओळखतो आणि त्याचा ओळखला जाणारा पत्ता ० आहे. प्रोग्राम मुख्य लूपमध्ये प्रवेश करतो. प्रथम, टर्मिनल नोडद्वारे नवीन डेटा पाठवला गेला आहे का ते ठरवा, जर असेल तर डेटा थेट नियंत्रण केंद्राच्या MCU मध्ये प्रसारित केला जातो; नियंत्रण केंद्राच्या MCU मध्ये सूचना पाठवल्या आहेत का ते ठरवा, जर असतील तर, सूचना संबंधित ZigBee टर्मिनल नोडवर पाठवा; सुरक्षा उघडी आहे का, चोर आहे का ते ठरवा, जर असेल तर, नियंत्रण केंद्राच्या MCU ला अलार्म माहिती पाठवा; प्रकाश स्वयंचलित नियंत्रण स्थितीत आहे का ते ठरवा, जर असेल तर, नमुना घेण्यासाठी अॅनालॉग-टू-डिजिटल कन्व्हर्टर चालू करा, नमुना मूल्य प्रकाश चालू किंवा बंद करण्याची गुरुकिल्ली आहे, जर प्रकाश स्थिती बदलली तर, नवीन स्थिती माहिती नियंत्रण केंद्र MC-U ला प्रसारित केली जाते.

३.२ झिगबी टर्मिनल नोड प्रोग्रामिंग

झिगबी टर्मिनल नोड म्हणजे झिगबी कोऑर्डिनेटरद्वारे नियंत्रित वायरलेस झिगबी नोड. सिस्टममध्ये, ते प्रामुख्याने मॉनिटरिंग नोड आणि घरगुती उपकरण नियंत्रकाचा पर्यायी समावेश आहे. झिगबी टर्मिनल नोड्सच्या आरंभीकरणात अॅप्लिकेशन लेयर इनिशिएलायझेशन, इंटरप्ट्स उघडणे आणि I/O पोर्ट सुरू करणे देखील समाविष्ट आहे. नंतर झिगबी नेटवर्कमध्ये सामील होण्याचा प्रयत्न करा. हे लक्षात ठेवणे महत्त्वाचे आहे की झिगबी कोऑर्डिनेटर सेटअप असलेले फक्त एंड नोड्स नेटवर्कमध्ये सामील होऊ शकतात. जर झिगबी टर्मिनल नोड नेटवर्कमध्ये सामील होण्यात अयशस्वी झाला, तर ते नेटवर्कमध्ये यशस्वीरित्या सामील होईपर्यंत दर दोन सेकंदांनी पुन्हा प्रयत्न करेल. नेटवर्कमध्ये यशस्वीरित्या सामील झाल्यानंतर, ZI-Gbee टर्मिनल नोड त्याची नोंदणी माहिती झिगबी कोऑर्डिनेटरला पाठवते, जे नंतर झिगबी टर्मिनल नोडची नोंदणी पूर्ण करण्यासाठी नियंत्रण केंद्राच्या MCU कडे पाठवते. जर झिगबी टर्मिनल नोड एक मॉनिटरिंग नोड असेल, तर ते प्रकाश आणि सुरक्षिततेचे नियंत्रण साकार करू शकते. हा प्रोग्राम झिगबी कोऑर्डिनेटरसारखाच आहे, परंतु मॉनिटरिंग नोडला झिगबी कोऑर्डिनेटरला डेटा पाठवावा लागतो आणि नंतर झिगबी कोऑर्डिनेटर कंट्रोल सेंटरच्या एमसीयूला डेटा पाठवतो. जर झिगबी टर्मिनल नोड इलेक्ट्रिक फॅन कंट्रोलर असेल, तर त्याला फक्त स्टेट अपलोड न करता वरच्या संगणकाचा डेटा प्राप्त करावा लागतो, त्यामुळे वायरलेस डेटा रिसीव्हिंगच्या व्यत्ययामध्ये त्याचे नियंत्रण थेट पूर्ण केले जाऊ शकते. वायरलेस डेटा रिसीव्हिंग व्यत्ययामध्ये, सर्व टर्मिनल नोड्स प्राप्त नियंत्रण सूचना नोडच्याच नियंत्रण पॅरामीटर्समध्ये अनुवादित करतात आणि नोडच्या मुख्य प्रोग्राममध्ये प्राप्त वायरलेस सूचनांवर प्रक्रिया करत नाहीत.

४ ऑनलाइन डीबगिंग

केंद्रीय नियंत्रण व्यवस्थापन प्रणालीद्वारे जारी केलेल्या स्थिर उपकरणांच्या सूचना कोडसाठी वाढत्या सूचना संगणकाच्या सिरीयल पोर्टद्वारे नियंत्रण केंद्राच्या MCU ला आणि दोन-लाइन इंटरफेसद्वारे समन्वयकाला आणि नंतर समन्वयकाद्वारे ZigBee टर्मिनल नोडला पाठवल्या जातात. जेव्हा टर्मिनल नोड डेटा प्राप्त करतो, तेव्हा डेटा पुन्हा सिरीयल पोर्टद्वारे PC ला पाठवला जातो. या PC वर, ZigBee टर्मिनल नोडद्वारे प्राप्त झालेल्या डेटाची तुलना नियंत्रण केंद्राने पाठवलेल्या डेटाशी केली जाते. केंद्रीय नियंत्रण व्यवस्थापन प्रणाली दर सेकंदाला 2 सूचना पाठवते. 5 तासांच्या चाचणीनंतर, चाचणी सॉफ्टवेअर थांबते जेव्हा ते दर्शवते की प्राप्त झालेल्या पॅकेट्सची एकूण संख्या 36,000 पॅकेट्स आहे. मल्टी-प्रोटोकॉल डेटा ट्रान्समिशन चाचणी सॉफ्टवेअरचे चाचणी निकाल आकृती 6 मध्ये दर्शविले आहेत. योग्य पॅकेट्सची संख्या 36,000 आहे, चुकीच्या पॅकेट्सची संख्या 0 आहे आणि अचूकता दर 100% आहे.

स्मार्ट होमच्या अंतर्गत नेटवर्किंगला साकार करण्यासाठी झिगबी तंत्रज्ञानाचा वापर केला जातो, ज्यामध्ये सोयीस्कर रिमोट कंट्रोल, नवीन उपकरणांची लवचिक भर आणि विश्वासार्ह नियंत्रण कामगिरीचे फायदे आहेत. वापरकर्ता ओळख पटविण्यासाठी आणि सिस्टम सुरक्षा सुधारण्यासाठी आरएफटीडी तंत्रज्ञानाचा वापर केला जातो. जीएसएम मॉड्यूलच्या प्रवेशाद्वारे, रिमोट कंट्रोल आणि अलार्म फंक्शन्स साकार होतात.