झिगबी-आधारित स्मार्ट होमची रचना कशी करावी?

स्मार्ट होम म्हणजे एक घर, जे एक व्यासपीठ म्हणून काम करते. यामध्ये एकात्मिक वायरिंग तंत्रज्ञान, नेटवर्क कम्युनिकेशन तंत्रज्ञान, सुरक्षा तंत्रज्ञान, स्वयंचलित नियंत्रण तंत्रज्ञान, ऑडिओ आणि व्हिडिओ तंत्रज्ञानाचा वापर करून घरगुती जीवनाशी संबंधित सुविधा एकत्रित केल्या जातात. यातून कार्यक्षम निवासी सुविधा आणि कौटुंबिक व्यवस्थापन प्रणाली तयार केली जाते, घराची सुरक्षा, सोय, आराम आणि कलात्मकता सुधारली जाते, तसेच पर्यावरण संरक्षण आणि ऊर्जा बचत करणारे राहणीमान साकारले जाते. स्मार्ट होमच्या नवीनतम व्याख्येनुसार, झिगबी (ZigBee) तंत्रज्ञानाच्या वैशिष्ट्यांचा संदर्भ घेऊन या प्रणालीची रचना केली आहे. यामध्ये आवश्यक असलेल्या स्मार्ट होम सिस्टीममध्ये (स्मार्ट होम (केंद्रीय) नियंत्रण प्रणाली, घरगुती प्रकाश नियंत्रण प्रणाली, गृह सुरक्षा प्रणाली) घरगुती वायरिंग प्रणाली, होम नेटवर्क प्रणाली, पार्श्वसंगीत प्रणाली आणि कौटुंबिक वातावरण नियंत्रण प्रणाली यांचा समावेश असतो. स्मार्ट होमच्या संकल्पनेनुसार, सर्व आवश्यक प्रणाली पूर्णपणे स्थापित केल्यावरच आणि किमान एक किंवा अधिक ऐच्छिक प्रणाली स्थापित केल्यावरच त्याला स्मार्ट होम म्हणता येते. म्हणूनच, या प्रणालीला स्मार्ट होम म्हटले जाऊ शकते.

१. प्रणाली रचना योजना

ही प्रणाली घरातील नियंत्रित उपकरणे आणि दूरस्थ नियंत्रण उपकरणांनी बनलेली आहे. त्यांपैकी, घरातील नियंत्रित उपकरणांमध्ये प्रामुख्याने इंटरनेट वापरता येणारा संगणक, नियंत्रण केंद्र, देखरेख केंद्र आणि जोडता येणाऱ्या घरगुती उपकरणांचा नियंत्रक यांचा समावेश होतो. दूरस्थ नियंत्रण उपकरणांमध्ये प्रामुख्याने दूरस्थ संगणक आणि मोबाईल फोन यांचा समावेश असतो.

या प्रणालीची मुख्य कार्ये खालीलप्रमाणे आहेत: १) वेब पेजच्या मुखपृष्ठाचे अवलोकन आणि पार्श्वभूमी माहितीचे व्यवस्थापन; २) इंटरनेट आणि मोबाईल फोनद्वारे घरातील उपकरणे, सुरक्षा आणि प्रकाशयोजना यांचे स्विच नियंत्रण करणे; ३) RFID मॉड्यूलद्वारे वापरकर्त्याची ओळख पटवणे, जेणेकरून घरातील सुरक्षा उपकरणांच्या स्विचची स्थिती निश्चित करता येईल आणि चोरी झाल्यास वापरकर्त्याला SMS द्वारे सूचना पाठवता येईल; ४) केंद्रीय नियंत्रण व्यवस्थापन प्रणाली सॉफ्टवेअरद्वारे घरातील प्रकाशयोजना आणि घरगुती उपकरणांचे स्थानिक नियंत्रण आणि स्थिती प्रदर्शन पूर्ण करणे; ५) डेटाबेसचा वापर करून वैयक्तिक माहिती आणि घरातील उपकरणांच्या स्थितीची नोंद ठेवली जाते. केंद्रीय नियंत्रण आणि व्यवस्थापन प्रणालीद्वारे वापरकर्त्यांना घरातील उपकरणांच्या स्थितीची माहिती मिळवणे सोयीचे होते.

२. सिस्टम हार्डवेअर डिझाइन

सिस्टमच्या हार्डवेअर डिझाइनमध्ये नियंत्रण केंद्राचे डिझाइन, मॉनिटरिंग नोड आणि घरगुती उपकरण नियंत्रकाची ऐच्छिक जोडणी (उदाहरणार्थ इलेक्ट्रिक फॅन नियंत्रक) यांचा समावेश आहे.

२.१ नियंत्रण केंद्र

नियंत्रण केंद्राची मुख्य कार्ये खालीलप्रमाणे आहेत: १) वायरलेस झिगबी नेटवर्क तयार करणे, सर्व मॉनिटरिंग नोड्सना नेटवर्कमध्ये जोडणे आणि नवीन उपकरणांचे स्वागत करणे; २) वापरकर्ता ओळख, वापरकर्ता कार्डद्वारे घरी किंवा बाहेर असलेल्या वापरकर्त्याद्वारे घरातील सुरक्षा स्विच करणे; ३) जेव्हा एखादा चोर खोलीत घुसतो, तेव्हा वापरकर्त्याला धोक्याचा इशारा देण्यासाठी एक लघु संदेश पाठवणे. वापरकर्ते लघु संदेशांद्वारे घरातील सुरक्षा, प्रकाशयोजना आणि घरगुती उपकरणे देखील नियंत्रित करू शकतात; ४) जेव्हा प्रणाली स्वतंत्रपणे चालू असते, तेव्हा एलसीडीवर प्रणालीची सद्यस्थिती दर्शविली जाते, जी वापरकर्त्यांना पाहण्यासाठी सोयीस्कर असते; ५) विद्युत उपकरणांची स्थिती संग्रहित करणे आणि प्रणाली ऑनलाइन करण्यासाठी ती पीसीवर पाठवणे.

हे हार्डवेअर कॅरियर सेन्स मल्टिपल ऍक्सेस/कॉलिजन डिटेक्शन (CSMA/CA) ला सपोर्ट करते. २.० ~ ३.६V चा ऑपरेटिंग व्होल्टेज सिस्टीमच्या कमी वीज वापरासाठी अनुकूल आहे. कंट्रोल सेंटरमधील झिगबी कोऑर्डिनेटर मॉड्यूलला जोडून घरामध्ये एक वायरलेस झिगबी स्टार नेटवर्क स्थापित करा. आणि निवडलेल्या सर्व मॉनिटरिंग नोड्सना, होम अप्लायन्स कंट्रोलरला नेटवर्कमध्ये टर्मिनल नोड म्हणून जोडून नेटवर्कमध्ये सामील करा, जेणेकरून घरातील सुरक्षा आणि घरगुती उपकरणांचे वायरलेस झिगबी नेटवर्क नियंत्रण साध्य करता येईल.

२.२ मॉनिटरिंग नोड्स

मॉनिटरिंग नोडची कार्ये खालीलप्रमाणे आहेत: १) मानवी शरीराच्या संकेतांची ओळख, चोरांनी प्रवेश केल्यास ध्वनी आणि प्रकाश अलार्म देणे; २) प्रकाश नियंत्रण, नियंत्रण पद्धती स्वयंचलित नियंत्रण आणि मॅन्युअल नियंत्रणामध्ये विभागलेली आहे, स्वयंचलित नियंत्रणामध्ये घरातील प्रकाशाच्या तीव्रतेनुसार दिवा आपोआप चालू/बंद होतो, तर मॅन्युअल नियंत्रणामध्ये प्रकाश नियंत्रण केंद्रीय नियंत्रण प्रणालीद्वारे केले जाते, (३) अलार्मची माहिती आणि इतर माहिती नियंत्रण केंद्राला पाठवली जाते, आणि उपकरणाचे नियंत्रण पूर्ण करण्यासाठी नियंत्रण केंद्राकडून नियंत्रण आदेश प्राप्त केले जातात.

मानवी शरीरातील सिग्नल शोधण्यासाठी इन्फ्रारेड आणि मायक्रोवेव्ह डिटेक्शन मोड ही सर्वात सामान्य पद्धत आहे. पायरोइलेक्ट्रिक इन्फ्रारेड प्रोब RE200B आहे आणि ॲम्प्लिफिकेशन डिव्हाइस BISS0001 आहे. RE200B ला ३-१० V व्होल्टेजवर वीजपुरवठा होतो आणि त्यात पायरोइलेक्ट्रिक ड्युअल-सेन्सिटिव्ह इन्फ्रारेड एलिमेंट बसवलेला आहे. जेव्हा एलिमेंटला इन्फ्रारेड प्रकाश मिळतो, तेव्हा प्रत्येक एलिमेंटच्या ध्रुवांवर फोटोइलेक्ट्रिक इफेक्ट होतो आणि चार्ज जमा होतो. BISS0001 हे एक डिजिटल-ॲनालॉग हायब्रीड ASIC आहे, जे ऑपरेशनल ॲम्प्लिफायर, व्होल्टेज कंपॅरेटर, स्टेट कंट्रोलर, डिले टाइम टाइमर आणि ब्लॉकिंग टाइम टाइमर यांनी बनलेले आहे. RE200B आणि काही घटकांसह, पॅसिव्ह पायरोइलेक्ट्रिक इन्फ्रारेड स्विच तयार केला जाऊ शकतो. मायक्रोवेव्ह सेन्सरसाठी Ant-g100 मॉड्यूल वापरले गेले, ज्याची केंद्र वारंवारता १० GHz होती आणि कमाल स्थापना वेळ ६μs होती. पायरोइलेक्ट्रिक इन्फ्रारेड मॉड्यूलसह ​​एकत्रित केल्याने, लक्ष्य शोधण्याचा त्रुटी दर प्रभावीपणे कमी केला जाऊ शकतो.

लाईट कंट्रोल मॉड्यूल मुख्यत्वे फोटोसेन्सिटिव्ह रेझिस्टर आणि लाईट कंट्रोल रिले यांनी बनलेले असते. फोटोसेन्सिटिव्ह रेझिस्टरला १० के ओहमच्या ॲडजस्टेबल रेझिस्टरसोबत सिरीजमध्ये जोडा, त्यानंतर फोटोसेन्सिटिव्ह रेझिस्टरचे दुसरे टोक ग्राउंडला आणि ॲडजस्टेबल रेझिस्टरचे दुसरे टोक हाय लेव्हलला जोडा. सध्याचा दिवा चालू आहे की नाही हे ठरवण्यासाठी, SCM ॲनालॉग-टू-डिजिटल कन्व्हर्टरद्वारे दोन्ही रेझिस्टन्स कनेक्शन पॉइंट्सचे व्होल्टेज मूल्य मिळवले जाते. दिवा नुकताच चालू केल्यावर प्रकाशाची तीव्रता गरजेनुसार वापरकर्ता ॲडजस्टेबल रेझिस्टन्स समायोजित करू शकतो. घरातील दिव्यांचे स्विचेस रिलेद्वारे नियंत्रित केले जातात. यामध्ये फक्त एक इनपुट/आउटपुट पोर्ट वापरता येतो.

२.३ जोडलेले घरगुती उपकरण नियंत्रक निवडा

उपकरणाचे नियंत्रण साध्य करण्यासाठी, मुख्यत्वे उपकरणाच्या कार्यानुसार घरगुती उपकरणांचे नियंत्रण जोडण्याचा पर्याय निवडला जातो, येथे इलेक्ट्रिक फॅनचे उदाहरण घेऊया. फॅन नियंत्रणामध्ये, नियंत्रण केंद्राद्वारे पीसी फॅन नियंत्रणाच्या सूचना झिगबी (ZigBee) नेटवर्कच्या अंमलबजावणीद्वारे इलेक्ट्रिक फॅन कंट्रोलरला पाठवल्या जातात. प्रत्येक उपकरणाचा ओळख क्रमांक (identification number) वेगवेगळा असतो, उदाहरणार्थ, या करारानुसार फॅनचा ओळख क्रमांक १२२ आहे, तर घरगुती कलर टीव्हीचा ओळख क्रमांक १२३ आहे. अशाप्रकारे, नियंत्रण केंद्राद्वारे वेगवेगळ्या विद्युत घरगुती उपकरणांची ओळख पटवणे शक्य होते. एकाच सूचना कोडसाठी, वेगवेगळी घरगुती उपकरणे वेगवेगळी कार्ये करतात. आकृती ४ मध्ये जोडणीसाठी निवडलेल्या घरगुती उपकरणांची रचना दर्शविली आहे.

३. सिस्टम सॉफ्टवेअर डिझाइन

सिस्टम सॉफ्टवेअर डिझाइनमध्ये प्रामुख्याने सहा भागांचा समावेश आहे, जे रिमोट कंट्रोल वेब पेज डिझाइन, केंद्रीय नियंत्रण व्यवस्थापन प्रणाली डिझाइन, नियंत्रण केंद्र मुख्य नियंत्रक ATMegal28 प्रोग्राम डिझाइन, CC2430 कोऑर्डिनेटर प्रोग्राम डिझाइन, CC2430 मॉनिटरिंग नोड प्रोग्राम डिझाइन, CC2430 डिव्हाइस निवड व जोडणी प्रोग्राम डिझाइन आहेत.

३.१ झिगबी कोऑर्डिनेटर प्रोग्राम डिझाइन

कोऑर्डिनेटर प्रथम ॲप्लिकेशन लेयरचे इनिशियलायझेशन पूर्ण करतो, ॲप्लिकेशन लेयर स्टेट आणि रिसीव्ह स्टेट 'आयडल'वर सेट करतो, त्यानंतर ग्लोबल इंटरप्ट्स चालू करतो आणि I/O पोर्ट इनिशियलाइज करतो. त्यानंतर कोऑर्डिनेटर वायरलेस स्टार नेटवर्क तयार करण्यास सुरुवात करतो. प्रोटोकॉलमध्ये, कोऑर्डिनेटर आपोआप २.४ GHz बँड निवडतो, प्रति सेकंद बिट्सची कमाल संख्या ६२,५०० आहे, डीफॉल्ट PANID ०×१३४७ आहे, कमाल स्टॅक डेप्थ ५ आहे, प्रति सेंड बाइट्सची कमाल संख्या ९३ आहे आणि सिरीयल पोर्टचा बॉड रेट ५७,६०० बिट/सेकंद आहे. SL0W TIMER प्रति सेकंद १० इंटरप्ट्स निर्माण करतो. झिगबी नेटवर्क यशस्वीरित्या स्थापित झाल्यानंतर, कोऑर्डिनेटर आपला ॲड्रेस कंट्रोल सेंटरच्या MCU ला पाठवतो. येथे, कंट्रोल सेंटरचा MCU झिगबी कोऑर्डिनेटरला मॉनिटरिंग नोडचा सदस्य म्हणून ओळखतो आणि त्याचा ओळखलेला ॲड्रेस ० असतो. प्रोग्राम मुख्य लूपमध्ये प्रवेश करतो. सर्वप्रथम, टर्मिनल नोडकडून नवीन डेटा पाठवला गेला आहे का हे तपासा, असल्यास, तो डेटा थेट नियंत्रण केंद्राच्या MCU कडे पाठवला जातो; नियंत्रण केंद्राच्या MCU कडे सूचना पाठवल्या गेल्या आहेत का हे तपासा, असल्यास, त्या सूचना संबंधित ZigBee टर्मिनल नोडकडे पाठवा; सुरक्षा व्यवस्था खुली आहे का, कोणी चोर आहे का हे तपासा, असल्यास, धोक्याची सूचना नियंत्रण केंद्राच्या MCU कडे पाठवा; दिवा स्वयंचलित नियंत्रण स्थितीत आहे का हे तपासा, असल्यास, सॅम्पलिंगसाठी अॅनालॉग-टू-डिजिटल कन्व्हर्टर चालू करा, सॅम्पलिंग व्हॅल्यू ही दिवा चालू किंवा बंद करण्याची कळ असते, दिव्याची स्थिती बदलल्यास, नवीन स्थितीची माहिती नियंत्रण केंद्राच्या MC-U कडे पाठवली जाते.

३.२ झिगबी टर्मिनल नोड प्रोग्रामिंग

झिगबी टर्मिनल नोड म्हणजे झिगबी कोऑर्डिनेटरद्वारे नियंत्रित केलेला वायरलेस झिगबी नोड. सिस्टीममध्ये, तो प्रामुख्याने मॉनिटरिंग नोड असतो आणि घरगुती उपकरण नियंत्रक (household appliance controller) हा एक ऐच्छिक जोड असतो. झिगबी टर्मिनल नोडच्या इनिशियलायझेशनमध्ये ॲप्लिकेशन लेयर इनिशियलायझेशन, इंटरप्ट्स उघडणे आणि I/O पोर्ट्स सुरू करणे यांचाही समावेश असतो. त्यानंतर झिगबी नेटवर्कमध्ये सामील होण्याचा प्रयत्न केला जातो. हे लक्षात घेणे महत्त्वाचे आहे की, केवळ झिगबी कोऑर्डिनेटर सेटअप असलेल्या एंड नोड्सनाच नेटवर्कमध्ये सामील होण्याची परवानगी असते. जर झिगबी टर्मिनल नोड नेटवर्कमध्ये सामील होण्यात अयशस्वी झाला, तर तो यशस्वीरित्या नेटवर्कमध्ये सामील होईपर्यंत दर दोन सेकंदांनी पुन्हा प्रयत्न करेल. नेटवर्कमध्ये यशस्वीरित्या सामील झाल्यानंतर, झिगबी टर्मिनल नोड आपली नोंदणी माहिती झिगबी कोऑर्डिनेटरला पाठवतो, जो नंतर ती माहिती कंट्रोल सेंटरच्या MCU कडे पाठवतो, जेणेकरून झिगबी टर्मिनल नोडची नोंदणी पूर्ण करता येते. जर झिगबी टर्मिनल नोड हा मॉनिटरिंग नोड असेल, तर तो प्रकाशयोजना आणि सुरक्षेचे नियंत्रण साध्य करू शकतो. हा प्रोग्राम झिगबी कोऑर्डिनेटरसारखाच आहे, फरक इतकाच की मॉनिटरिंग नोडला झिगबी कोऑर्डिनेटरला डेटा पाठवावा लागतो आणि त्यानंतर झिगबी कोऑर्डिनेटर कंट्रोल सेंटरच्या एमसीयूला डेटा पाठवतो. जर झिगबी टर्मिनल नोड इलेक्ट्रिक फॅन कंट्रोलर असेल, तर त्याला स्टेट अपलोड न करता फक्त अप्पर कॉम्प्युटरकडून डेटा प्राप्त करण्याची आवश्यकता असते, त्यामुळे वायरलेस डेटा प्राप्त होण्यात व्यत्यय आल्यास त्याचे नियंत्रण थेट पूर्ण केले जाऊ शकते. वायरलेस डेटा प्राप्त होण्यात व्यत्यय आल्यास, सर्व टर्मिनल नोड्स प्राप्त झालेल्या नियंत्रण सूचनांचे स्वतःच्या नोडच्या नियंत्रण पॅरामीटर्समध्ये रूपांतर करतात आणि नोडच्या मुख्य प्रोग्राममध्ये प्राप्त झालेल्या वायरलेस सूचनांवर प्रक्रिया करत नाहीत.

४ ऑनलाइन डीबगिंग

केंद्रीय नियंत्रण व्यवस्थापन प्रणालीद्वारे जारी केलेली स्थिर उपकरणाच्या सूचना कोडसाठीची वाढीव सूचना, संगणकाच्या सिरीयल पोर्टद्वारे नियंत्रण केंद्राच्या MCU कडे, आणि टू-लाइन इंटरफेसद्वारे कोऑर्डिनेटरकडे, आणि नंतर कोऑर्डिनेटरद्वारे झिगबी टर्मिनल नोडकडे पाठवली जाते. जेव्हा टर्मिनल नोडला डेटा मिळतो, तेव्हा तो डेटा पुन्हा सिरीयल पोर्टद्वारे PC कडे पाठवला जातो. या PC वर, झिगबी टर्मिनल नोडने प्राप्त केलेल्या डेटाची तुलना नियंत्रण केंद्राने पाठवलेल्या डेटाशी केली जाते. केंद्रीय नियंत्रण व्यवस्थापन प्रणाली दर सेकंदाला २ सूचना पाठवते. ५ तासांच्या चाचणीनंतर, जेव्हा प्राप्त झालेल्या पॅकेट्सची एकूण संख्या ३६,००० असल्याचे दिसते, तेव्हा चाचणी सॉफ्टवेअर थांबते. मल्टी-प्रोटोकॉल डेटा ट्रान्समिशन चाचणी सॉफ्टवेअरचे चाचणी निकाल आकृती ६ मध्ये दर्शविले आहेत. अचूक पॅकेट्सची संख्या ३६,००० आहे, चुकीच्या पॅकेट्सची संख्या ० आहे, आणि अचूकतेचा दर १००% आहे.

स्मार्ट होमचे अंतर्गत नेटवर्किंग साकारण्यासाठी झिगबी (ZigBee) तंत्रज्ञानाचा वापर केला जातो, ज्याचे फायदे म्हणजे सोयीस्कर रिमोट कंट्रोल, नवीन उपकरणांची लवचिक जोडणी आणि विश्वसनीय नियंत्रण कार्यक्षमता. वापरकर्त्याची ओळख पटवण्यासाठी आणि प्रणालीची सुरक्षा सुधारण्यासाठी आरएफटीडी (RFTD) तंत्रज्ञानाचा वापर केला जातो. जीएसएम (GSM) मॉड्यूलच्या माध्यमातून रिमोट कंट्रोल आणि अलार्मची कार्ये साकारली जातात.