Ett trådlöst radionätverk designat specifikt för smarta hem

I den här artikeln: Designmål för ZigBee trådlös kommunikation ZigBee-radionätverksapplikationer; vilka enheter som ingår i detta nätverk; fördelarna med ZigBee Radio; smarta hem kontrollscenarier.

I mer än ett sekel har mänskligheten använt olika hushållsapparater, elektriskt ljus har blivit bekant och vanligt för oss, eftersom el levereras till nästan varje hem idag. Emellertid behöver hushållsapparater och apparater hanteras på något sätt, vilket tvingar husägare att inte bara lösa problemet med den faktiska konstruktionen av ett trådbundet strömförsörjningssystem, utan också noggrant planera platserna för placering av strömbrytare, kontrollpaneler för olika smarta hemsystem. Dessutom är det inte möjligt att noggrant ta hänsyn till positionerna för alla nödvändiga omkopplare, och det är tråkigt och fylld med kostsamma kapitalreparationer för spårväggar under nya punkter. Ett system baserat på ZigBee Radio kan helt lösa problemet och inte bara det..

Trådlöst nätverk för smarta hem

Under de senaste två decennierna har trådlösa kommunikationsnätverk som Bluetooth och wi-fi blivit utbredda och välkända för oss. De är lämpliga för internetnätverk, men de är inte tillräckligt praktiska för användning i smarta hemkontrollsystem på grund av de smala begränsningarna i antalet enheter som är anslutna till sådana nätverk, hög strömförbrukning, relativt långsamt svar (till exempel för Bluetooth är det 3 sekunder), och vilket är viktigt, anslutningens kvalitet beror på de strukturella barriärerna mellan enheterna på nätet. Nätverk som är byggt på ZigBee-protokollet överträffar andra nätverkskontakter i alla punkter som beskrivs ovan.

Utvecklingen av nätverk baserade på ZigBee Radio började 1998 på initiativ av Philips, efter misslyckade försök av ingenjörer hos ett antal ledande konsument- och medicinska elektronikföretag att använda Bluetooth och wi-fi i sina applikationer. ZigBee Alliance, som utvecklar motsvarande digitala radionätverk, inkluderar idag representanter för flera hundra globala företag som är intresserade av denna produkt..

Smarta hem – applikationsområde med ZigBee Radio-protokoll:

• hushållsapparater avsedda för underhållning av hushåll (musik- och filmutrustning);
• styrenheter som styr belysningsanordningar, temperaturförhållanden, säkerhetsutrustning;
• larmledare som ansvarar för att övervaka förbrukningen av el, vatten, gas, brandskydd och röksystem, hantera tillgången till byggnaden etc..

ZigBee trådlösa sensornätverk används i både hushålls- och industriområden, strömförbrukningen för deras komponenter är extremt låg, vilket gör att enheterna kan fungera ordentligt i två år utan att ladda eller byta ut batterier. Svarhastigheten i sådana nätverk är 0,015 sekunder, d.v.s. överskrider liknande parametrar för Bluetooth-nätverk 200 gånger.

Enheterna som utgör ZigBee-radionätet är indelade i tre typer – koordinator, router och slutanordning.

Koordineringsanordningen ansvarar för bildandet av nätträdet och kommunikationen mellan andra nätverk, i varje ZigBee Radio-nätverk finns åtminstone en sådan enhet som startar nätverket i drift. Samtidigt utför koordinatorn funktionerna för att säkerställa nätverkets säkerhet och ställa in enheter som är anslutna till det. Dess databas lagrar information om nätverksträdet och alla enheter som ingår i detta nätverk – efter att ha upptäckt en ny enhet bestämmer koordinatorn antagandet och synkroniserar nätverksoperationen med beaktande av denna enhet.

Routern transporterar datapaket mellan nätverksenheter och startar applikationer. Det totala antalet routrar i ett givet nätverk beror på antalet slutpunkter som betjänas av varje sådan enhet – högst 32 mobil- eller sovnoder kan anslutas till en router. Eftersom driften av dessa enheter är associerad med den ständiga sändningen och mottagningen av nätverksdata, är de anslutna till en stationär strömkälla.

Slutanordningen (mobil eller sovnod) kan ta emot och överföra information till endast en nod (antingen en router eller en koordinator), den här enheten är inte involverad i dataöverföring mellan enheter och är utformad för att minska belastningen på nätverksnoder, vilket gör att de kan minimera sin energiförbrukning. I grunden är slutanordningar olika verkställande kontroller och sensorer.

Hur du kan använda ZigBee-radionätverket

Ett av de populära områdena för användning av kabelprodukter, där ZigBee-tekniken används, är programmering av scenarieåtgärder som implementeras av smarta hemkontrollsystem som svar på en händelse. En sådan händelse kan vara ett tryck på en viss omkopplingsknapp, en signal från en av sensorerna (till exempel belysningsnivå, rök, fuktighet, temperatur, rörelse, etc.) eller en timer.

Således kommer att trycka på en enda knapp följas av en serie åtgärder som avgör scenariot – vissa grupper av lampor kommer att stängas av och andra kommer att aktiveras, rullluckorna kommer att ändra sin position, temperaturregimen för uppvärmningsanordningar, driftsläget för säkerhetssystemet, etc..

Att trycka på knapparna och slå på skripten som är programmerade för denna tryckning åtföljs av ljusindikering nära knappen – en röd LED-lampa betyder aktivering av detta scenario, en grön indikerar närvaron av strömförsörjning (den växlar till rött ljus när knappen trycks in). Scenarier kan också styras på distans – med fjärrkontrollen eller via en GSM-kanal från en smartphone.

Naturligtvis är det möjligt att bygga nödvändiga nätverk och programmera dem för vissa scenarier med klassiska ledningar, men detta kommer att kräva tiotals meter kabel, många meter spår i väggarna, en betydande mängd arbete och mycket tid, för att inte tala om de oundvikliga stora reparationerna. Och sedan – kommer det att vara möjligt att förutse alla framtida behov hos hushållen under sådant arbete, för efter ett tag kommer dessa behov att förändras, kommer du att vilja ändra något, till exempel för att komplettera det befintliga systemet med nya nätverksenheter, vilket kommer att innebära nya stora reparationer och nya utgifter?

Under tiden kommer radionätverk i ett smarta hem inte att kräva att man lägger nya kraftledningar och byter plats för kopplingsplatser – det finns lösningar för traditionella kablar som gör det möjligt att kombinera det med ett trådlöst nätverk, förutsatt att de gamla omkopplarna byts ut mot nya utrustade med en radioenhet..

Lösningar för traditionella ledningar

Den obestridliga fördelen med nätverk baserade på ZigBee Radio är förmågan att utöka antalet nätverksdeltagare till 65 000 enheter, skicka och ta emot paket i nätverket med en hastighet av 250 Kbps, inget behov av neutral (jordning), självåterhämtning och konfiguration. I händelse av att en av nätverksruternheterna misslyckas kommer förbindelsen mellan kommandot och exekverande enheter inte att brytas, eftersom varje exekverande enhet kan, om nödvändigt, vidarebefordra radiosignaler med kommandon via sina kanaler till enheter inom nätverket.

Storleken på ZigBee-radioenheten överstiger inte 25 mm, därför kan kabeltillbehör utrustade med den installeras i monteringshål i standardstorlekar, och frånvaron av behovet av elektriska ledningar gör att du kan placera en sådan strömbrytare på valfri yta i rummet genom att hålla fast vid den. Och om du tidigare var tvungen att resa upp och gå till platsen för att placera enheten för att ändra ljusintensiteten, utvärdera besökaren vid dörren, sänka eller höja temperaturen i rummet, etc., då med ZigBee Radio-enheter är detta inte nödvändigt – du behöver bara vända dig till enheten som finns på någon plats som är lämplig för hushållsmedlemmar, till exempel nära din favoritstol eller skrivbord.

Graden av komfort i våra hus och lägenheter består av många komponenter – för 30-40 år sedan var de viktigaste kriterierna närvaron av ett separat badrum, en skräp och en gasspis, närheten till en busshållplats eller tunnelbanestation till huset. I dag beror komfortnivån direkt på god vila efter arbetsdagar, möjligheten att koppla av, utan att växla arbete och hemproblem med varandra. Och systemen baserade på ZigBee Radio är designade för just detta ändamål..