La maison intelligente est une plateforme qui utilise des technologies de câblage intégré, de communication réseau, de sécurité, de contrôle automatique et de technologie audio et vidéo pour intégrer les équipements de la maison. Elle vise à construire des logements performants et un système de gestion des affaires familiales, à améliorer la sécurité, le confort et l'esthétique du domicile, et à garantir un environnement de vie respectueux de l'environnement et économe en énergie. Selon la définition la plus récente de la maison intelligente, qui se réfère aux caractéristiques de la technologie ZigBee, la conception de ce système comprend un système de maison intelligente (système de contrôle central, système de contrôle de l'éclairage domestique, systèmes de sécurité domestique), intégrant le câblage domestique, le réseau domestique, la musique d'ambiance et le contrôle de l'environnement familial. Convaincue que la vie est intelligente, l'installation de tous les systèmes nécessaires est complète, et les systèmes domestiques équipés d'un ou plusieurs systèmes optionnels peuvent intégrer l'intelligence. Ce système peut donc être qualifié de maison intelligente.
1. Schéma de conception du système
Le système est composé d'appareils domestiques contrôlés et de télécommandes. Parmi ces appareils, on trouve principalement l'ordinateur connecté à Internet, le centre de contrôle, le nœud de surveillance et le contrôleur d'appareils électroménagers. Les télécommandes sont principalement constituées d'ordinateurs et de téléphones portables.
Les principales fonctions du système sont : 1) la navigation sur la page d'accueil et la gestion des informations d'arrière-plan ; 2) le contrôle des appareils électroménagers, de la sécurité et de l'éclairage intérieurs via Internet et le téléphone portable ; 3) l'identification de l'utilisateur via le module RFID, afin de compléter le changement d'état de sécurité intérieure, et en cas de vol, par SMS ; 4) le contrôle local et l'affichage de l'état de l'éclairage intérieur et des appareils électroménagers via le logiciel du système de gestion de contrôle central ; 5) le stockage des informations personnelles et de l'état des équipements intérieurs sont effectués à l'aide d'une base de données. Il est facile pour les utilisateurs de consulter l'état des équipements intérieurs via le système de contrôle et de gestion central.
2. Conception du matériel du système
La conception matérielle du système comprend la conception du centre de contrôle, du nœud de surveillance et l'ajout optionnel du contrôleur d'appareils électroménagers (prenons l'exemple du contrôleur de ventilateur électrique).
2.1 Le centre de contrôle
Les principales fonctions du centre de contrôle sont les suivantes : 1) Créer un réseau ZigBee sans fil, y ajouter tous les nœuds de surveillance et réceptionner les nouveaux équipements ; 2) Identifier l'utilisateur, qu'il soit à son domicile ou à son retour, grâce à sa carte utilisateur, pour activer la sécurité intérieure ; 3) En cas d'intrusion dans la pièce, envoyer un court message d'alarme à l'utilisateur. Les utilisateurs peuvent également contrôler la sécurité intérieure, l'éclairage et les appareils électroménagers par le biais de courts messages ; 4) Lorsque le système fonctionne seul, l'écran LCD affiche l'état actuel du système, ce qui facilite la consultation ; 5) Enregistrer l'état des équipements électriques et l'envoyer à un PC pour mettre en ligne le système.
Le matériel prend en charge la détection de collision et d'accès multiple par détection de porteuse (CSMA/CA). La tension de fonctionnement de 2,0 à 3,6 V garantit une faible consommation d'énergie. Configurez un réseau sans fil ZigBee en étoile en intérieur en vous connectant au module coordinateur ZigBee du centre de contrôle. Tous les nœuds de surveillance sélectionnés doivent être ajoutés au contrôleur d'appareils électroménagers comme nœud terminal pour rejoindre le réseau, afin de réaliser le contrôle sans fil ZigBee des équipements de sécurité et des appareils électroménagers en intérieur.
2.2 Nœuds de surveillance
Les fonctions du nœud de surveillance sont les suivantes : 1) détection du signal du corps humain, alarme sonore et lumineuse lorsque des voleurs envahissent ; 2) contrôle de l'éclairage, le mode de contrôle est divisé en contrôle automatique et contrôle manuel, le contrôle automatique allume/éteint la lumière automatiquement en fonction de la force de la lumière intérieure, le contrôle manuel de l'éclairage se fait via le système de contrôle central, (3) les informations d'alarme et autres informations envoyées au centre de contrôle, et reçoit les commandes de contrôle du centre de contrôle pour terminer le contrôle de l'équipement.
La détection infrarouge et micro-ondes est la méthode la plus courante pour détecter les signaux du corps humain. La sonde infrarouge pyroélectrique est la RE200B et le dispositif d'amplification est le BISS0001. La RE200B est alimentée par une tension de 3 à 10 V et intègre un élément infrarouge pyroélectrique à double sensibilité. Lorsque l'élément reçoit de la lumière infrarouge, un effet photoélectrique se produit aux pôles de chaque élément et la charge s'accumule. Le BISS0001 est un circuit intégré hybride numérique-analogique composé d'un amplificateur opérationnel, d'un comparateur de tension, d'un contrôleur d'état, d'un temporisateur de temporisation et d'un temporisateur de blocage. L'association de la RE200B et de quelques composants permet de former un commutateur infrarouge pyroélectrique passif. Le module Ant-g100 a été utilisé pour le capteur micro-ondes, avec une fréquence centrale de 10 GHz et un temps d'établissement maximal de 6 μs. L'association avec le module infrarouge pyroélectrique permet de réduire considérablement le taux d'erreur de détection de cible.
Le module de contrôle d'éclairage est principalement composé d'une résistance photosensible et d'un relais de contrôle d'éclairage. Connectez la résistance photosensible en série avec la résistance réglable de 10 K ω, puis l'autre extrémité de la résistance photosensible à la terre et l'autre extrémité de la résistance réglable au niveau haut. La tension des deux points de connexion de la résistance est obtenue via le convertisseur analogique-numérique SCM pour déterminer si la lumière actuelle est allumée. La résistance réglable peut être ajustée par l'utilisateur pour s'adapter à l'intensité lumineuse à l'allumage. Les interrupteurs d'éclairage intérieur sont commandés par des relais. Un seul port d'entrée/sortie est disponible.
2.3 Sélectionnez le contrôleur d'appareil électroménager ajouté
Le contrôle des appareils électroménagers est principalement choisi en fonction de leur fonction, comme par exemple un ventilateur électrique. Le contrôle du ventilateur est assuré par le centre de contrôle, qui transmet les instructions de commande du ventilateur par PC au contrôleur du ventilateur via un réseau ZigBee. Les numéros d'identification des appareils varient. Par exemple, le numéro d'identification du ventilateur est 122 dans le présent accord, et celui d'un téléviseur couleur est 123, ce qui permet de reconnaître les différents centres de contrôle des appareils électroménagers. Pour un même code d'instruction, les appareils électroménagers remplissent des fonctions différentes. La figure 4 illustre la composition des appareils électroménagers sélectionnés pour l'ajout.
3. Conception du logiciel système
La conception du logiciel système comprend principalement six parties, à savoir la conception de la page Web de contrôle à distance, la conception du système de gestion de contrôle central, la conception du programme du contrôleur principal du centre de contrôle ATMegal28, la conception du programme du coordinateur CC2430, la conception du programme du nœud de surveillance CC2430 et la conception du programme de sélection et d'ajout de périphérique CC2430.
3.1 Conception du programme de coordinateur ZigBee
Le coordinateur initialise d'abord la couche application, définit l'état de la couche application et l'état de réception sur inactif, puis active les interruptions globales et initialise le port d'E/S. Il commence ensuite à construire un réseau sans fil en étoile. Dans le protocole, le coordinateur sélectionne automatiquement la bande 2,4 GHz, le nombre maximal de bits par seconde est de 62 500, le PANID par défaut est de 0×1347, la profondeur de pile maximale est de 5, le nombre maximal d'octets par envoi est de 93 et le débit en bauds du port série est de 57 600 bits/s. Le temporisateur SL0W génère 10 interruptions par seconde. Une fois le réseau ZigBee établi, le coordinateur envoie son adresse au microcontrôleur du centre de contrôle. Ce dernier identifie alors le coordinateur ZigBee comme membre du nœud de surveillance, et son adresse identifiée est 0. Le programme entre dans la boucle principale. Français Tout d'abord, déterminez s'il y a de nouvelles données envoyées par le nœud terminal, si c'est le cas, les données sont directement transmises au MCU du centre de contrôle ; Déterminez si le MCU du centre de contrôle a des instructions envoyées, si c'est le cas, envoyez les instructions au nœud terminal ZigBee correspondant ; Jugez si la sécurité est ouverte, s'il y a un cambrioleur, si c'est le cas, envoyez les informations d'alarme au MCU du centre de contrôle ; Jugez si la lumière est en état de contrôle automatique, si c'est le cas, allumez le convertisseur analogique-numérique pour l'échantillonnage, la valeur d'échantillonnage est la clé pour allumer ou éteindre la lumière, si l'état de la lumière change, les nouvelles informations d'état sont transmises au centre de contrôle MC-U.
3.2 Programmation du nœud terminal ZigBee
Le nœud terminal ZigBee désigne le nœud ZigBee sans fil contrôlé par le coordinateur ZigBee. Dans le système, il s'agit principalement du nœud de surveillance, avec possibilité d'ajouter un contrôleur d'appareils électroménagers. L'initialisation des nœuds terminaux ZigBee comprend également l'initialisation de la couche application, l'ouverture des interruptions et l'initialisation des ports d'E/S. Ensuite, essayez de rejoindre le réseau ZigBee. Il est important de noter que seuls les nœuds terminaux disposant d'un coordinateur ZigBee sont autorisés à rejoindre le réseau. Si le nœud terminal ZigBee échoue, il réessaie toutes les deux secondes jusqu'à ce qu'il y parvienne. Une fois la connexion établie, le nœud terminal ZI-Gbee envoie ses informations d'enregistrement au coordinateur ZigBee, qui les transmet ensuite au microcontrôleur du centre de contrôle pour finaliser l'enregistrement du nœud terminal ZigBee. Si le nœud terminal ZigBee est un nœud de surveillance, il peut contrôler l'éclairage et la sécurité. Le programme est similaire à celui du coordinateur ZigBee, à la différence que le nœud de surveillance doit envoyer des données au coordinateur ZigBee, qui les transmet ensuite au microcontrôleur du centre de contrôle. Si le nœud terminal ZigBee est un contrôleur de ventilateur électrique, il lui suffit de recevoir les données de l'ordinateur supérieur sans télécharger l'état, ce qui permet de le contrôler directement en cas d'interruption de la réception des données sans fil. Lors de cette interruption, tous les nœuds terminaux traduisent les instructions de contrôle reçues en paramètres de contrôle du nœud lui-même et ne traitent pas les instructions sans fil reçues dans le programme principal du nœud.
4 Débogage en ligne
L'instruction croissante du code d'instruction de l'équipement fixe, émise par le système de gestion de contrôle central, est envoyée au microcontrôleur du centre de contrôle via le port série de l'ordinateur, puis au coordinateur via l'interface à deux lignes, puis au terminal ZigBee par le coordinateur. Lorsque le terminal reçoit les données, celles-ci sont renvoyées au PC via le port série. Sur ce PC, les données reçues par le terminal ZigBee sont comparées à celles envoyées par le centre de contrôle. Le système de gestion de contrôle central envoie deux instructions par seconde. Après 5 heures de test, le logiciel s'arrête lorsqu'il indique que le nombre total de paquets reçus est de 36 000. Les résultats du logiciel de test de transmission de données multiprotocole sont présentés à la figure 6. Le nombre de paquets corrects est de 36 000, le nombre de paquets incorrects est de 0 et le taux de précision est de 100 %.
La technologie ZigBee est utilisée pour la mise en réseau interne des maisons intelligentes, offrant ainsi un contrôle à distance pratique, une flexibilité d'ajout de nouveaux équipements et des performances de contrôle fiables. La technologie RFTD permet l'identification des utilisateurs et renforce la sécurité du système. L'accès au module GSM permet de réaliser les fonctions de contrôle à distance et d'alarme.
Date de publication : 06/01/2022