Rumah pintar adalah rumah sebagai platform, yang menggunakan teknologi pengkabelan terintegrasi, teknologi komunikasi jaringan, teknologi keamanan, teknologi kontrol otomatis, teknologi audio dan video untuk mengintegrasikan fasilitas terkait kehidupan rumah tangga, merencanakan pembangunan fasilitas hunian yang efisien dan sistem manajemen urusan keluarga, meningkatkan keamanan rumah, kenyamanan, kemudahan, estetika, dan mewujudkan lingkungan hidup yang ramah lingkungan dan hemat energi. Berdasarkan definisi terbaru rumah pintar, mengacu pada karakteristik teknologi ZigBee, desain sistem ini, yang diperlukan mencakup sistem rumah pintar (sistem kontrol rumah pintar (pusat), sistem kontrol pencahayaan rumah tangga, sistem keamanan rumah), yang kemudian digabungkan dengan sistem pengkabelan rumah tangga, sistem jaringan rumah, sistem musik latar, dan sistem kontrol lingkungan keluarga. Dalam hal ini, rumah pintar dapat disebut sebagai rumah cerdas jika semua sistem yang diperlukan dipasang secara lengkap, dan sistem rumah tangga yang setidaknya memiliki satu jenis sistem opsional atau lebih dapat disebut sebagai rumah cerdas. Oleh karena itu, sistem ini dapat disebut rumah pintar.
1. Skema Desain Sistem
Sistem ini terdiri dari perangkat yang dikendalikan dan perangkat kendali jarak jauh di rumah. Di antaranya, perangkat yang dikendalikan di rumah terutama meliputi komputer yang dapat mengakses internet, pusat kendali, node pemantauan, dan pengontrol peralatan rumah tangga yang dapat ditambahkan. Perangkat kendali jarak jauh terutama terdiri dari komputer jarak jauh dan telepon seluler.
Fungsi utama sistem ini adalah: 1) halaman depan untuk penjelajahan halaman web, manajemen informasi latar belakang; 2) Mewujudkan kontrol sakelar peralatan rumah tangga, keamanan, dan penerangan dalam ruangan melalui internet dan telepon seluler; 3) Melalui modul RFID untuk mewujudkan identifikasi pengguna, sehingga dapat menyelesaikan peralihan status keamanan dalam ruangan, jika terjadi pencurian akan mengirimkan alarm SMS kepada pengguna; 4) Melalui perangkat lunak sistem manajemen kontrol pusat untuk menyelesaikan kontrol lokal dan tampilan status penerangan dan peralatan rumah tangga dalam ruangan; 5) Penyimpanan informasi pribadi dan penyimpanan status peralatan dalam ruangan diselesaikan dengan menggunakan basis data. Hal ini memudahkan pengguna untuk menanyakan status peralatan dalam ruangan melalui sistem kontrol dan manajemen pusat.
2. Desain Perangkat Keras Sistem
Desain perangkat keras sistem mencakup desain pusat kendali, node pemantauan, dan penambahan opsional pengontrol peralatan rumah tangga (misalnya, pengontrol kipas angin listrik).
2.1 Pusat Kontrol
Fungsi utama pusat kendali adalah sebagai berikut: 1) Membangun jaringan nirkabel ZigBee, menambahkan semua node pemantauan ke jaringan, dan mewujudkan penerimaan peralatan baru; 2) Identifikasi pengguna, pengguna di rumah atau di belakang melalui kartu pengguna untuk mewujudkan sakelar keamanan dalam ruangan; 3) Ketika seorang pencuri masuk ke ruangan, mengirimkan pesan singkat kepada pengguna untuk membunyikan alarm. Pengguna juga dapat mengontrol keamanan dalam ruangan, penerangan, dan peralatan rumah tangga melalui pesan singkat; 4) Ketika sistem berjalan sendiri, LCD menampilkan status sistem saat ini, yang memudahkan pengguna untuk melihatnya; 5) Menyimpan status peralatan listrik dan mengirimkannya ke PC untuk mewujudkan sistem online.
Perangkat keras mendukung akses berganda penginderaan pembawa/deteksi tabrakan (CSMA/CA). Tegangan operasi 2,0 ~ 3,6V kondusif untuk konsumsi daya sistem yang rendah. Bangun jaringan bintang ZigBee nirkabel di dalam ruangan dengan menghubungkannya ke modul koordinator ZigBee di pusat kendali. Dan semua node pemantauan, dipilih untuk menambahkan pengontrol peralatan rumah tangga sebagai node terminal dalam jaringan untuk bergabung dengan jaringan, sehingga mewujudkan kontrol jaringan ZigBee nirkabel untuk keamanan dalam ruangan dan peralatan rumah tangga.
2.2 Node Pemantauan
Fungsi node pemantauan adalah sebagai berikut: 1) deteksi sinyal tubuh manusia, alarm suara dan cahaya ketika terjadi penyusupan pencuri; 2) kontrol pencahayaan, mode kontrol dibagi menjadi kontrol otomatis dan kontrol manual, kontrol otomatis menghidupkan/mematikan lampu secara otomatis sesuai dengan intensitas cahaya dalam ruangan, kontrol manual mengontrol pencahayaan melalui sistem kontrol pusat, (3) informasi alarm dan informasi lainnya dikirim ke pusat kendali, dan menerima perintah kontrol dari pusat kendali untuk menyelesaikan kontrol peralatan.
Mode deteksi inframerah plus gelombang mikro adalah cara paling umum dalam deteksi sinyal tubuh manusia. Probe inframerah piroelektrik yang digunakan adalah RE200B, dan perangkat penguatnya adalah BISS0001. RE200B ditenagai oleh tegangan 3-10 V dan memiliki elemen inframerah ganda sensitif piroelektrik bawaan. Ketika elemen menerima cahaya inframerah, efek fotolistrik akan terjadi di kutub setiap elemen dan muatan akan terakumulasi. BISS0001 adalah IC hibrida digital-analog yang terdiri dari penguat operasional, komparator tegangan, pengontrol status, pengatur waktu tunda, dan pengatur waktu pemblokiran. Bersama dengan RE200B dan beberapa komponen, sakelar inframerah piroelektrik pasif dapat dibentuk. Modul Ant-g100 digunakan untuk sensor gelombang mikro, frekuensi pusatnya adalah 10 GHz, dan waktu pembentukan maksimumnya adalah 6μs. Dikombinasikan dengan modul inframerah piroelektrik, tingkat kesalahan deteksi target dapat dikurangi secara efektif.
Modul kontrol cahaya terutama terdiri dari resistor fotosensitif dan relai kontrol cahaya. Hubungkan resistor fotosensitif secara seri dengan resistor yang dapat disesuaikan sebesar 10 KΩ, kemudian hubungkan ujung resistor fotosensitif lainnya ke ground, dan hubungkan ujung resistor yang dapat disesuaikan lainnya ke level tinggi. Nilai tegangan dari kedua titik sambungan resistor diperoleh melalui konverter analog-ke-digital SCM untuk menentukan apakah lampu saat ini menyala. Resistansi yang dapat disesuaikan dapat diatur oleh pengguna untuk memenuhi intensitas cahaya saat lampu baru dinyalakan. Sakelar lampu dalam ruangan dikontrol oleh relai. Hanya satu port input/output yang dapat dicapai.
2.3 Pilih Pengontrol Peralatan Rumah Tangga yang Ditambahkan
Pilih untuk menambahkan kontrol peralatan rumah tangga terutama berdasarkan fungsi perangkat untuk mencapai kontrol perangkat, di sini menggunakan kipas angin sebagai contoh. Kontrol kipas angin adalah pusat kendali yang akan mengirimkan instruksi kontrol kipas angin dari PC ke pengontrol kipas angin melalui jaringan ZigBee, implementasinya berbeda untuk setiap peralatan, misalnya, dalam ketentuan perjanjian ini nomor identifikasi kipas angin adalah 122, nomor identifikasi TV berwarna rumah tangga adalah 123, sehingga mewujudkan pengenalan pusat kendali peralatan rumah tangga listrik yang berbeda. Untuk kode instruksi yang sama, peralatan rumah tangga yang berbeda melakukan fungsi yang berbeda. Gambar 4 menunjukkan komposisi peralatan rumah tangga yang dipilih untuk ditambahkan.
3. Desain perangkat lunak sistem
Desain perangkat lunak sistem terutama mencakup enam bagian, yaitu desain halaman web kendali jarak jauh, desain sistem manajemen kendali pusat, desain program pengontrol utama pusat kendali ATMegal28, desain program koordinator CC2430, desain program node pemantauan CC2430, dan desain program pemilihan dan penambahan perangkat CC2430.
3.1 Desain program Koordinator ZigBee
Koordinator pertama-tama menyelesaikan inisialisasi lapisan aplikasi, mengatur status lapisan aplikasi dan status penerimaan ke idle, kemudian mengaktifkan interupsi global dan menginisialisasi port I/O. Koordinator kemudian mulai membangun jaringan bintang nirkabel. Dalam protokol, koordinator secara otomatis memilih pita 2,4 GHz, jumlah bit per detik maksimum adalah 62.500, PANID default adalah 0×1347, kedalaman tumpukan maksimum adalah 5, jumlah byte per pengiriman maksimum adalah 93, dan kecepatan baud port serial adalah 57.600 bit/s. TIMER SL0W menghasilkan 10 interupsi per detik. Setelah jaringan ZigBee berhasil dibangun, koordinator mengirimkan alamatnya ke MCU pusat kendali. Di sini, MCU pusat kendali mengidentifikasi Koordinator ZigBee sebagai anggota node pemantauan, dan alamat yang diidentifikasi adalah 0. Program memasuki loop utama. Pertama, tentukan apakah ada data baru yang dikirim oleh node terminal, jika ada, data tersebut langsung dikirimkan ke MCU pusat kendali; Tentukan apakah MCU pusat kendali memiliki instruksi yang dikirim ke bawah, jika ada, kirimkan instruksi tersebut ke node terminal ZigBee yang sesuai; Periksa apakah keamanan terbuka, apakah ada pencuri, jika ada, kirimkan informasi alarm ke MCU pusat kendali; Periksa apakah lampu berada dalam keadaan kontrol otomatis, jika ada, nyalakan konverter analog-ke-digital untuk pengambilan sampel, nilai sampel adalah kunci untuk menghidupkan atau mematikan lampu, jika keadaan lampu berubah, informasi keadaan baru dikirimkan ke MCU pusat kendali.
3.2 Pemrograman Node Terminal ZigBee
Node terminal ZigBee mengacu pada node ZigBee nirkabel yang dikendalikan oleh koordinator ZigBee. Dalam sistem, node ini terutama berfungsi sebagai node pemantauan dan, sebagai tambahan opsional, sebagai pengontrol peralatan rumah tangga. Inisialisasi node terminal ZigBee juga mencakup inisialisasi lapisan aplikasi, pembukaan interupsi, dan inisialisasi port I/O. Kemudian, node akan mencoba bergabung dengan jaringan ZigBee. Penting untuk dicatat bahwa hanya node akhir dengan pengaturan koordinator ZigBee yang diizinkan untuk bergabung dengan jaringan. Jika node terminal ZigBee gagal bergabung dengan jaringan, node akan mencoba lagi setiap dua detik hingga berhasil bergabung dengan jaringan. Setelah berhasil bergabung dengan jaringan, node terminal ZigBee mengirimkan informasi pendaftarannya ke Koordinator ZigBee, yang kemudian meneruskannya ke MCU pusat kendali untuk menyelesaikan pendaftaran node terminal ZigBee. Jika node terminal ZigBee adalah node pemantauan, node ini dapat mewujudkan kontrol penerangan dan keamanan. Program ini mirip dengan koordinator ZigBee, kecuali bahwa node pemantauan perlu mengirim data ke koordinator ZigBee, dan kemudian Koordinator ZigBee mengirim data ke MCU pusat kendali. Jika node terminal ZigBee adalah pengontrol kipas listrik, ia hanya perlu menerima data dari komputer atas tanpa mengunggah status, sehingga kontrolnya dapat langsung diselesaikan saat terjadi gangguan penerimaan data nirkabel. Dalam gangguan penerimaan data nirkabel, semua node terminal menerjemahkan instruksi kontrol yang diterima ke dalam parameter kontrol node itu sendiri, dan tidak memproses instruksi nirkabel yang diterima dalam program utama node.
4. Debugging Online
Instruksi peningkatan untuk kode instruksi peralatan tetap yang dikeluarkan oleh sistem manajemen kontrol pusat dikirim ke MCU pusat kendali melalui port serial komputer, dan ke koordinator melalui antarmuka dua jalur, dan kemudian ke node terminal ZigBee oleh koordinator. Ketika node terminal menerima data, data tersebut dikirim kembali ke PC melalui port serial. Pada PC ini, data yang diterima oleh node terminal ZigBee dibandingkan dengan data yang dikirim oleh pusat kendali. Sistem manajemen kontrol pusat mengirimkan 2 instruksi setiap detik. Setelah 5 jam pengujian, perangkat lunak pengujian berhenti ketika menunjukkan bahwa jumlah total paket yang diterima adalah 36.000 paket. Hasil pengujian perangkat lunak pengujian transmisi data multi-protokol ditunjukkan pada Gambar 6. Jumlah paket yang benar adalah 36.000, jumlah paket yang salah adalah 0, dan tingkat akurasi adalah 100%.
Teknologi ZigBee digunakan untuk mewujudkan jaringan internal rumah pintar, yang memiliki keunggulan berupa kendali jarak jauh yang mudah, penambahan peralatan baru yang fleksibel, dan kinerja kendali yang andal. Teknologi RFTD digunakan untuk mewujudkan identifikasi pengguna dan meningkatkan keamanan sistem. Melalui akses modul GSM, fungsi kendali jarak jauh dan alarm dapat diwujudkan.
Waktu posting: 06-Jan-2022