智慧家庭 簡報
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  • NFC 可以讓使用者只要將兩個電子裝置貼近在一起,就可以安全地交換兩個電子裝置中各式各樣的資料。在短距離範圍中進行通訊,以簡化了整個識別過程,使電子設備更直接、更安全、更清楚的相互溝通。 NFC 是由 Philips(Mifare 卡 ) 、 Sony(Felica 卡 ) 、 Operation Frequency : 13.56MHz
  • 感應速度快
  • The NFC embedded device like card reader can R/W date to any support tag types (EX: coupon,movie schedule ) The embedded device can act as a tag to give any NFC reader wrote some information (EX: bus ticket, key and credit card)

智慧家庭 簡報 智慧家庭 簡報 Presentation Transcript

  • 2012 嵌入式 Linux 就業 班成果發表會 2012.6.8
  • 整合 Zigbee NFC GSM 技術、實現智慧家庭系統 基於嵌入式系統之開發 Zigbee,NFC, and GSM Integration Based OnEmbedded Linux Technology for Smart Home System專題組員 : 劉珈鑫 、 徐漢霖、 林廷璋 、 簡志文 、謝濬鴻
  • Outline 智慧家庭的應用 系統架構 運用的核心技術簡介與實作分享 Zigbee • NFC • GSM 系統操作流程與軟體架構 艾鍗智慧家庭系統 DEMO 關於我們 幕後花絮 心得分享2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • 智慧家庭系統簡介
  • 智慧家庭統功能實現 數位家庭警報系統 (NFC+Zigbee+PIC Sensor) 遠端控制 (Zigbee+Relay) 視訊監控 (WebCam+Zigbee) 視訊通話 (Webcam+GSM)2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • 智慧家庭系統架構2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • Zigbee
  • Zigbee 簡介 硬體標準 : 由 IEEE802.15.4 小組制定 軟體標準 : Zigbee Alliance 制定 Zigbee 是一種低速短距無線通訊技術 ,主 要特色有低速、低耗電、低成本、支援大 量網路節點、支援多種網路拓撲 。2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • Why Choice? 省電 : 1) RX: 27 mA, TX: 27mA 2) Wide supply voltage range (2.0V - 3.6V) 3) Microcontroller running at 32 MHz 適合無線感測網路 (WSN) 、物聯網 (The internet of thing) 使用 8051 Microcontroller2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • Wifi V.S BT V.S ZigbeeFeature(s) IEE 802.11g Bluetooth 2.0 Zigbee電源持續力 Hours Days Years複雜度 Very comples Comlex Simple節點數 Many 7 Up to建立連線速 65535 Upto 3 S Upto 10 S 30 ms度傳輸距離 100M 10m 70m ~擴充性 300m Yes No Yes資料傳輸率 54Mbps 3Mbps 250Kbps (2.4Ghz) (2.4Ghz) (2.4Ghz)安全性 SSID 64bit,128bit 128bit AES
  • Zigbee Network Model Coordinator 建立網路及設定各項參數 發放網路位址及管理 具有 Router 功能 Router 轉發訊息 允許其它裝置加入網路 End Device 只能傳送或接收封包,無法 轉發具有休眠模式2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • Zigbee applications2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • Zigbee Sensor Struct開發平台 : ARM11 DMA-6410L主從模組 : TI CC2450 ZigBee ModulePIR 感測器 : Parallax PIR Sensor2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • 硬體接線圖 -Coordinator DMA6410L 使用 UART 與 Zigbee 連接
  • 硬體接線圖 -End Device Zigbee Module 與 PIR Sensor &Relay 做連接。2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • RELAY , PIR 電路圖2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • 動作方式 1.P1_0 作為 output ,與 relay 連接,藉此控制 電燈開關。 2.P0_7 設定為外部中斷與 PIR (Pyroelectric Infrared Sensor) 連接 3. 人體焦電紅外線檢測傳感器 PIR(Pyroelectric Infrared Sensor): 感應角度: 100 度 感應距離 : 7m 在一般狀態下,輸出為低電位,偵測到有 人時,輸出為高電位。2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • Zigbee 網路建立及傳輸 aplFromNetwork() aplJoinNetwork()2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • CMD_STRUCT Head cmd flag length Data[0] Data[1] Data[1] Data[3] COORDINATOR 和 DEVICE 之間封包的傳送格式 head: 固定為 0xa8 cmd:0x01 要求 device 回傳晶片內溫度 0x02 要求 device 回傳 PIR 目前狀況 0x03 對電燈進行控制 data[0]=1 為亮 data[1] =0 為暗 0x04 當 PIR 受到觸發時,發送給 coordinate 端的訊息 flag: 是否需要回傳封包 ex: 回傳晶片內溫度, PIR 狀況… length :data 所需長度 data: 存放要傳送的資訊2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • Zigbee.c void send_cmd(char cmd,char ack,char *bdata, char len) { CMD_STRUCT cmd_struct; CMD_STRUCT *cmd_ptr=&cmd_struct; int size=sizeof(CMD_STRUCT); memset(cmd_ptr,0,sizeof(CMD_STRUCT)); cmd_ptr->head=0xa8; cmd_ptr->cmd =cmd; //cmd=1 表示要求溫度 cmd_ptr->flag=ack; //flag 為 1 要回傳 cmd_ptr->length=len; //flag 為 1 要回傳 memcpy(cmd_ptr->data,bdata,MIN(len,4)); write(uart_fd,(char*)cmd_ptr,size); PRINTF("send cmd(%x) donen",cmd); }2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • Shm.h typedef struct { char head; //fix: 0xA8 char cmd; char flag; //flag=0x01 device 須回傳 flag=0 device 不 需須回傳 char length; char data[4]; } CMD_STRUCT;2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • 軟體流程圖 DMA6410L Lamp 傳送動作 UART 傳送資料 Relay PIR Sensor 傳送動作 傳送資料 P1_0 P0_7 傳送資料 Coordinate End Device2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • NFC
  • 簡介近場通訊( NFC , Near Field Communication ),又稱近距離無線通訊,操作頻率為 13.56MHz, 是一種短距離的高頻無線通訊技術,允許電子設備之間進行非接觸式點對點資料傳輸,在十公分( 3.9 英吋)內,交換資料。
  • Reader Chip : NXP PN532 Interface: UART Mode: Read/Write
  • NFC 接腳圖
  • UART to NFC reader Normal framePreambl Packet Length Packet Start Direction Code Postamble e Length Checksum checksum 00 00 FF 02 FE D4 02 2A 00 Length Checksum + Packet Length = 0x00 Direction : D4﹙Host->PN532﹚ , D5﹙PN532->Host﹚ Packet checksum + Direction + code = 0x00 Code length > 255 ? Extended frame ﹙Max length = 265﹚Preambl Length Packet Postamb Start LENM LENL Direction Code e Checksum checksum le 00 00 FF 00 02 FE D4 02 2A 00 Real Length = LEN﹙M﹚* 256 + LEN﹙L﹚ LEN﹙M﹚+ LEN﹙L﹚+Length Checksun = 0x00
  • UART to NFC reader Ack framePreamble Start ACK Packet Code Postamble 00 00 FF 00 FF 00 Nack frame Preamble Start NACK Packet Code Postamble 00 00 FF FF 00 00 Error frame Packet Length PacketPreamble Start Error code Postamble Length Checksum checksum 00 00 FF 01 FF 7F 81 00
  • Communication
  • Communication
  • Communication
  • List of Command
  • Example D4 : host -> PN532 02 : GetFirmwareVersion
  • Card NXP Mifare-Classic-1K 1024 bytes 16 sectors CRYPTO1
  • Mifare-Classic Block Block Block Block Sector 00 Block Block Block Block Sector 01 Block Block Block Block Sector 02 1 Sector = 4 blocks , 1 bloc . Storage : . 4*16*16 = 1024 bytes Block Block. Block Block Sector14 Block Block Block Block Sector15
  • Mifare-Classic Block First Block UID﹙4 bytes﹚ BCC﹙1 byte XOR of UID﹚ manufacturer data Read-Only Block Data Block Arbitrary data Value block Block Sector Trailer Block Key A , Key B﹙authentication﹚ Access conditions﹙operations﹚ 752 bytes
  • RFID and NFC NFC is just an extension to RFID technology RFID is capable of accepting and transmitting beyond a few meters while NFC is restricted to within 4 inches RFID has a wide range of uses while NFC is usually used in cases where security is needed Subordination Emulation
  • 優缺點優點: 晶片價格便宜 安全性高 感應速度快 不耗電缺點: 傳輸距離短 傳輸速率低
  • NFC Communication Mode1. Read / Write Mode ( 讀卡器模式 )2. Card emulation Mode ( 卡模式 )3. Peer to Peer Mode ( 點對點模式 )
  • Sqlite SQLite 為一種小型資料庫系統,使用 SQLite 無需架設專門的資料庫系統,在 中小型的應用上可以有效的降低系統的負 載 特色: 1) OpenSource 2) High Performance 3) 支援多種語言 : C/C++,JAVA,PHP,Object-C... 4) 跨平台 : Windows, Linux, Mac
  • Sqlite NFCUser Id Uid Uname Type 1 9001 Gary Admin 2 6001 Ittraining User
  • 操作畫面 - Admin 讀取卡片 身份 : Gray 權限 : Admin
  • 操作畫面 - User 讀取卡片 身份 : Ittraining 權限 : User
  • 軟體流程圖1.CardReader 感應到卡片,讀取資料,傳 CardReader送至系統上 傳送資料2. 系統至 Sqlite 裡的資裡做身份比對 DMA6410L 傳送資料 回傳資料3. 回傳值給系統 Sqlite
  • 軟體方塊圖
  • 參考文獻NFC-wikipediaAN10609_3 PN532 C106 application noteUM0701-02 PN532 User ManualPN532/C1 NFC controllerNFC forum
  • GSM Global Systemfor Mobile Communications 全球行動通訊系統
  • 簡介 GSM( 一 ) GSM• 歐洲電信標準協會 ETSI 所製定的一種無 線數位網路標準• 相對以前的標準, GSM 最大的不同是信令 和語音通道都是數位的,因此 GSM 被看作 是第二代( 2G )行動電話系統• GSM 標準當前由 3GPP 組織負責制定和維 護
  • 簡介 GSM ( 二 )•GSM 模組由兩個部份所組成:•使用者認証模組( Subscriber Identity Module 或 SIM )專門儲存與使用者相關的 資枓•手機通訊模組( Mobile Equipment 或 ME )與基地台通訊所需之無線軟體及硬體 ,包括控制模組與無線電模組
  • 簡介 GPRS ( 一 ) GPRS• 在 GSM 演進的過程中,資料的傳輸是必然 的趨勢,因此 ETSI 不斷的加入新的元素, 以提供 Data Communications• 其中之一即為 GPRS 通用封包無線服務技術 ( General Packet Radio Service )• GPRS 是為了提供像 WWW 這樣,使用者 需耗費時間閱讀,偶爾傳送大量數據的應 用而提出的分封交換協定
  • 簡介 GPRS ( 二 )• 手機與基地台之間 GPRS radio link protocol 規定 physical layer 、 MAC 層以 及 RLC ( Radio Link Control )層彼此之 間在相互通訊時所必須遵守的協定• 手機與終端主機的網路層之上,可以根據 應用程式的需求,採用不同的協定。例如 在應用程式下可使用 TCP/IP 傳送,對此 GPRS 並不加以限制
  • 簡介 MMS MMS• 就是將文字、圖片、聲音和影片結合起來 的影音訊息傳送服務 (Multimedia Message Service)• MMS 的工業標準由 WAP Forum 和 3GPP 所制訂的。支援通用封包無線服務技術 GPRS 格式( general packet radio service )• 使用 MMS 需要先確定手機有支援
  • 硬體規格SIM300工作頻段 :SIM300 具有三個頻段:EGSM900 、 DCS1800 、 PCS1900 。頻段頻率可由 AT 指令設置,默認頻段是EGSM900 和 DCS1800 。GPRS: 下行最大 85.6kbps 、上行最大42.8kbps傳送 : 支援文字簡訊及 MMSSIM Card: 支援中華電信、台灣大哥大、遠傳電信
  • 硬體架構DMA-6410LSIM300
  • 控制 SIM300 控制方式• 透過 UART 傳送 AT Command 範例一• 傳送 ATI<CR>• 回應 ATI<CR><CR><LF>SIMCOM_LtdSIMCOM_SIM300SRevision:1604B06SIM300S32_SST34HF3284_MMS< CR><LF><CR><LF>OK<CR><LF>
  • 控制 SIM300 範例二• 傳送 AT+COPS?<CR>• 回應 AT+COPS?<CR><CR><LF>+COPS: 0,0,“Chunghwa Telecom"<CR><LF><CR><LF>OK<CR><LF> 範例三• 傳送 ATD0928286497;<CR>• 回應 ATD0928286497;<CR><CR><LF>OK<CR><LF>
  • AT Command SIM300 AT Command 指令集所支援協 定• 語音通訊相關的 AT 命令 ITU-T V.25ter• 簡訊傳輸有關的 AT 命令 GSM07.05• GSM 狀態控制與網路服務有關的 AT 命令 GSM07.07• SIMCOM 專屬的 AT 命令
  • AT Command 智慧家庭專案指令• ATA (answer an incoming call)• ATD (mobile originated call to dial a number)• ATH (disconnect existing connection)• ATI (display product identification information)• AT+COPS (operator selection)• AT+CMMSCURL (set the url of the mms center) mms.emome.net:8002• AT+CMMSNETCFG (set the network parameters for mms) 1,"emome“
  • AT Command 智慧家庭專案指令• AT+CMMSPROTO (set the protocol parameter and mms proxy) 1,"10.1.1.1",8080• AT+CMMSSENDCFG (set the parameter for sending mms) 6,3,0,0,2,4• AT+CMMSEDIT (enter or exit edit mode)• AT+CMMSDOWN (download the file data or title from uart) "pic",46340,100000• AT+CMMSRECP (add recipients) "0932072103“• AT+CMMSSEND (start mms sending)
  • GSM 軟體架構
  • 軟體流程 經由 DMA6410L ,使 DMA6410L 用 SIM300 撥打電話 或發送 MMS 訊息至指 AT COMMAND 定的手機號碼 SIM300 GSM 外部電話亦可撥打接 通到智慧家庭系統, 撥打電話 傳送 MMS 撥入 實現即時視訊會議通 話 手機
  • 操作畫面 - 撥號 Standalone Integrate
  • 操作畫面 - MMS 傳送 MMS 與文字訊息至手機上
  • 接收 MMS 手機接收 MMS
  • Smart Home System艾鍗智慧家庭系統
  • 艾鍗 Smart Home 系統規格 硬體規格 : 軟體規格 : • CPU: Samsung S3C6310 • OS: Linux 2.6 (ARM11 @ 667MHZ) • Open Source: • SDRAM:128MB • libnfc • Flash:128MB • SQLite • MJPG Streamer • LCD : 4.3 inch (480x272) • Mic In • Audio Out • Camera • Zigbee • GSM/GPRS • NFC • KeyPad 4x2 • Status LED
  • 整體架構
  • 艾鍗 Smart Home 軟體架構圖
  • 實作功能 • 利用 Zigbee 建立一個無線感測網路 (WSN) 傳回遠端感測訊號及遠端控制 • 利用紅外線人體感測器作為防盜偵測、一 旦偵測到有人員靠近,將立刻送出事件到 主控中心,並立即發出警報聲響。 • 利用 Relay( 繼電器 ) 可控制家電 (AC 110V) ,結合 Zigbee 與紅外線人體感測器 ,實現一個具回授式”紅外線人體感測照明 燈”2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • 實作功能 • 利用 NFC( 近場通訊)技術,讀取 Mifare 卡的身份 ID ,同時與 SQLite 資料庫進行 身份確認,身份類別為 Admin 才具有 ? 動 或關閉防盜系統的權限 • 利用 WebCam 擷取現場畫面並透過 MMS 簡訊將此畫面直接傳至手機 • 利用 GSM 可以撥打電話,若同時啓動 WebCam 可以進行視訊會議2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • 系統畫面2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • 系統畫面2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • User Case2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • SequenceDiagram2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • 系統操作流程2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • 模組連接方式 WebCam NFC Reader Zigbee Coodnatine GSM Modem2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • 按鍵功能定義2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • 開發幕後花絮2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • 開發幕後花絮2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • 嵌入式 Linux 系統開發就業班 Demo
  • 手機遠端控制家電 APP 版 歡迎來賓下載 ~2012 嵌入式 Linux 就業班成果發表
  • 結語1. 本次專題當中,那一塊是你最值得分享的技術 !2. 本次專題,最大的 Challenge ? 有遇到什麼令你困擾很久的問題或 bug 嗎 ? 你如何解決此問題 ?3. 整個學習過程最大的收穫是 ?
  • 感謝廠商及現場來賓們 , 3個小時的聆聽 ! Thank You!