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成果展簡報-Zigbee無線自動燈光及溫度調控系統
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成果展簡報-Zigbee無線自動燈光及溫度調控系統

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  • 1. 嵌入式智慧家庭系統整合平台Integrated Embedded Linux Smart Home Gateway withZigBee, Smart Lighting Control, Remote Sensing Control 第一組: 葉徐明 、陳易澍、王信惠、施宏達 陳奇瑋 、顏志宏、林聖修 10/18/2012
  • 2. Outline 智慧家庭的應用 系統架構 ZigBee Overview Smart Light Control & Sensors IR Remote Control 艾鍗智慧家庭系統 系統操作流程與軟體架構 DEMO Q&A
  • 3. 智慧家庭系統簡介
  • 4. Smart Home Gateway 應用 ThermalPIR Light Light Air-Cond. Humidity RemoteSensor Sensor Control Sensor Controller w/ ZigBee ZigBee Light Controller Wi-Fi 紅外線 ZigBee 遙控 HDMI, A/V RS232 ADSL Router RFID Smart Home Gateway
  • 5. 智慧家庭統功能實現智慧家庭嵌入式主機(Samsung S3C6410XARM11, Linux)無線感應網路(ZigBee + PIR + 溫度Sensor)遠端無線控制(ZigBee + TRIAC燈光調控 + Relay)智慧型燈光情境控制(Linux + ZigBee + 燈光調控)智慧型紅外線遙控家電(Linux + Universal IRRemote Control)RFID 讀卡機
  • 6. 系統架構
  • 7. Smart Home 系統架構 TRIAC Light Control TI CC2430 ZigBee Thermal Device Sensor ZigBee 紅外線 遙控 PIR Sensor TI CC2430 紅外線 ZigBee 發射器 Coordinator Relay UART1 GPIO UART2 GPIO LAN PIC 18F4520 RFID Reader LCD & Touch ADSL Router I/F LCD Touch Panel DMA-6410L Samsung S3C6410X APP / ARM11 Linux 開發平臺 Web Browser
  • 8. Smart Home 系統規格Gateway 硬體規格: 燈光調控器 • CPU: Samsung S3C6410 • TI CC2430 2.4GHz (ARM11 @ 667MHZ) ZigBee Module • SDRAM:128MB • TRIAC 調光線路with PIC • Flash:128MB Microcontroller • LCD : 4.3 inch (480x272) • Parallax PIR Sensor • Resistive Touch Panel 軟體規格: • Mic In • OS: Linux Kernel 2.6 • Audio Out • Open Source: • TI CC2430 2.4GHz • JPEG ZigBee Coordinator • X-Window Module • LIRC Remote Control • MP3 Player • KeyPad 4x2 • Status LED • IR Remote Control
  • 9. Smart Home 系統 (主機) 紅外線發射器Relay 控制板 TI CC2430 ZigBee Coordinator Module DMA6410L Samsung S3C641 開發平台
  • 10. Smart Home 系統 (燈光調控器) Zero Crossing PIR Sensor 電路板 電路板 Parallax PIR 感應器 TI CC2430 ZigBee Device Module PIC TRIAC 燈光 控制電路板 調光器電燈電 源插座
  • 11. ZigBee Overview
  • 12. 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。
  • 13. ZigBee IoT Application Areas
  • 14. Current ZigBee IoT Standards ZigBee Home Automation (ZHA) ZigBee Light Link (ZLL) ZigBee Smart Energy (ZSE) ZigBee Building Automation (CBA) ZigBee Telecom Services (ZTS) ZigBee Health Care (ZHC) ZigBee Remote Control (ZRC) ZigBee Input Device (ZID) ZigBee Retail Services (ZRS)
  • 15. ZigBee 優點 省電 : RX: 27 mA, TX: 27mA Wide supply voltage range (2.0V - 3.6V) 8051 compatible microcontroller running at 32 MHz Device 端適合使用電池長時間工作 適合遠距離無線感測網路(WSN)、物聯網(The internet of Thing) 使用 TI CC2430 ZigBee SoC, 8051 Microcontroller 容 易與Sensors, 及外接控制線路結合使用
  • 16. ZigBee / Wi-Fi / BT 比較Feature(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 65535建立連線速度 Upto 3 S Upto 10 S 30 ms傳輸距離 100M 10m 70m ~ 300m擴充性 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
  • 17. IEEE 802.15.4 and ZigBee working model
  • 18. ZigBee Network ModelCoordinator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
  • 19. Device Types in ZigBee Networks Yes Yes Yes No No Yes : 本專題ZigBee Coordinator 及Device工作模式
  • 20. ZigBee SoC Architecture Concept
  • 21. TI CC2430 ZigBee SoC Block Diagram
  • 22. ZigBee Hardware Connection TI CC2430 Zigbee ZigBee Device Radio signal TI CC2430 Uart ZigBee Coordinator DMA6410L Samsung S3C6410 Linux Platform
  • 23. 燈光調控器Smart Light Control &Sensors
  • 24. Smart Home 系統 (燈光調控器) Zero Crossing PIR Sensor 電路板 電路板 Parallax PIR 感應器 TI CC2430 ZigBee Device Module PIC & TRIAC 燈光控制電路板 調光器電燈電 源插座
  • 25. Smart Light Control 燈光調控器PCB TI CC2430 ZigBee SoC IC Zero Crossing TI CC2430 ZigBee w/ 溫度Sensor PIC & TRIAC 電路板 Device Module 燈光控制電路板 燈座盒Parallax PIR Sensor 紅 PIR Sensor外線體溫感測器 電路板
  • 26. TRIAC 燈光調控電路圖 PIC 16F916
  • 27. ZigBee Device 控制信號 P1_1 作為output,與PIC TRIAC 燈光控制板連接,藉此 將燈光控制指令脈波送出,控制電燈ON / OFF 或不同亮 度。 ON: 2 control pulses (50 ~ 100ms) UP : 4 control pulses DOWN: 6 control pulses OFF: 8 control pulses P0_7 設定為外部中斷與PIR Sensor (Pyroelectric Infrared Sensor)連接 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。 溫度感應Sensor: TI CC2430 內建,讀值經內部ADC 轉換 計算傳回主控制器
  • 28. IR Remote Control紅外線遙控
  • 29. IR Remote Control 線路 紅外線發射電路板 DMAˊ6410L GPIO Port 紅外線發射線路
  • 30. IR Remote Control Signals• 利用 WinLIRC 學習IR Remote Controller 之紅外線信號編 碼,再將此編碼由Linux 智慧家庭主機透過IR 發射器送出, 遙控電扇• IR Data Logical 1 & 0 Timing 37.91KHz 載波
  • 31. IR Remote Control Signals (Cont’)• 傳送一個完整指令的時脈圖 • 傳送一個重複指令的時脈圖
  • 32. Smart Home System智慧家庭系統
  • 33. Home Gateway System Air Home Light Media Web Condi. Camera Automat Control Play Server Control Service ion Service Service Service Service Light Network Media Play JVM Control Protocol API API Stack Linux Embedded Hardware Platform RFID EtherReader Wi-Fi USB ZigBee UART Sensor Video Audio LCD IR net
  • 34. 主要功能1. 利用ZigBee 無線傳輸與燈光控制器溝通,控制LED 或燈光亮度。2. 燈光控制器也提供溫度、與PIR (紅外線人體感應) Sensor資訊,供 Gateway 判斷與控制相關家庭電器。3. 依據讀回的房間溫度與,閘道器(Gateway)可以聰明的利用紅外線發 射器遙控電風扇或冷氣機運轉強弱,以控制舒適的室內溫度。4. 藉由PIR (紅外線人體感應) Sensor資訊,閘道器(Gateway)可以自動控 制房間的燈光,讓家中老人夜間安全行動。5. RFID 刷卡自動點亮燈光與冷氣(或風扇)6. 依照預設時間,按照選定的室內燈光情境控制燈光氣氛,調整燈光 亮度7. 使用者可以在LCD觸控面板直接方便的操控。8. 提供Web Server功能,讓家人利用iPhone 或Android 手機遠端遙控家 中電燈,冷氣、風扇,或其他電器。
  • 35. Smart Home KeyPad 功能
  • 36. 系統畫面
  • 37. Zigbee 網路建立及傳輸 Coordinate firmware flow Device firmware flow
  • 38. 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0xa8cmd: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
  • 39. 燈光與無線Sensor控制軟體流程圖 Linux/DMA6410L PIC Controller UART傳送資料 TRIAC PIR Sensor light control 傳送動作 傳送資料 P1_1 P0_7 傳送命令 Temperature Coordinator End Device sensor 回傳資料
  • 40. Linux Zigbee application flow
  • 41. Sequence diagram
  • 42. Smart Home System DEMO智慧家庭系統DEMO
  • 43. 結語智慧家庭系統應用正方興未艾,我們展望未來此類產品的成長本專題只是一個Smart Home 系統平台開發起步,未來還可以在本平台上擴充更多智慧家庭應用功能,如: Web Cam RFID 門禁管制系統 Media Player Web Remote Control (利用手機或網頁控制) UI 操作介面使用者經驗(User Experience)改善 多個房間家電燈光┘控制 居家醫療照護
  • 44. Q&A
  • 45. Thank You!

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