زیگ بی پر مبنی سمارٹ ہوم کو کیسے ڈیزائن کیا جائے؟

سمارٹ ہوم ایک پلیٹ فارم کے طور پر ایک گھر ہے، مربوط وائرنگ ٹیکنالوجی، نیٹ ورک کمیونیکیشن ٹیکنالوجی، سیکیورٹی ٹیکنالوجی، خودکار کنٹرول ٹیکنالوجی، گھریلو زندگی سے متعلق سہولیات کو مربوط کرنے کے لیے آڈیو اور ویڈیو ٹیکنالوجی، موثر رہائشی سہولیات کی تعمیر کا شیڈول اور خاندانی امور کے انتظامی نظام کا استعمال۔ ، گھر کی حفاظت، سہولت، آرام، فنکاری کو بہتر بنائیں، اور ماحولیاتی تحفظ اور توانائی کی بچت کے ماحول کو محسوس کریں۔ سمارٹ ہوم کی تازہ ترین تعریف کی بنیاد پر، ZigBee ٹیکنالوجی کی خصوصیات کا حوالہ دیں، اس سسٹم کا ڈیزائن، جس میں ضروری ہے ایک سمارٹ ہوم سسٹم (سمارٹ ہوم (سنٹرل) کنٹرول سسٹم، گھریلو لائٹنگ کنٹرول سسٹم، ہوم سیکیورٹی سسٹم)، گھریلو وائرنگ سسٹم، ہوم نیٹ ورک سسٹم، بیک گراؤنڈ میوزک سسٹم اور فیملی انوائرمنٹ کنٹرول سسٹم میں شامل ہونے کی بنیاد پر۔ اس اثبات پر جو ذہانت میں رہتا ہے، تمام ضروری نظام کو مکمل طور پر صرف نصب کرتا ہے، اور گھریلو نظام جس نے ایک قسم کا اختیاری نظام نصب کیا ہے کم از کم اس کو ذہانت کا گھر کہا جا سکتا ہے۔ اس لیے اس نظام کو ذہین گھر کہا جا سکتا ہے۔

1. سسٹم ڈیزائن سکیم

یہ نظام گھر میں کنٹرولڈ ڈیوائسز اور ریموٹ کنٹرول ڈیوائسز پر مشتمل ہے۔ ان میں، خاندان کے کنٹرول شدہ آلات میں بنیادی طور پر وہ کمپیوٹر شامل ہوتا ہے جو انٹرنیٹ تک رسائی حاصل کر سکتا ہے، کنٹرول سینٹر، مانیٹرنگ نوڈ اور گھریلو آلات کا کنٹرولر جسے شامل کیا جا سکتا ہے۔ ریموٹ کنٹرول ڈیوائسز بنیادی طور پر ریموٹ کمپیوٹرز اور موبائل فونز پر مشتمل ہوتے ہیں۔

سسٹم کے اہم کام یہ ہیں: 1) ویب پیج براؤزنگ کا صفحہ اول، پس منظر کی معلومات کا انتظام؛ 2) انٹرنیٹ اور موبائل فون کے ذریعے اندرونی گھریلو آلات، سیکورٹی اور لائٹنگ کے سوئچ کنٹرول کو محسوس کریں۔ 3) صارف کی شناخت کا احساس کرنے کے لیے RFID ماڈیول کے ذریعے، تاکہ صارف کو ایس ایم ایس الارم کے ذریعے چوری ہونے کی صورت میں انڈور سیکیورٹی اسٹیٹس سوئچ کو مکمل کیا جا سکے۔ 4) انڈور لائٹنگ اور گھریلو آلات کے مقامی کنٹرول اور اسٹیٹس ڈسپلے کو مکمل کرنے کے لیے مرکزی کنٹرول مینجمنٹ سسٹم سافٹ ویئر کے ذریعے؛ 5) ذاتی معلومات کا ذخیرہ اور اندرونی سامان کی حیثیت کا ذخیرہ ڈیٹا بیس کا استعمال کرکے مکمل کیا جاتا ہے۔ صارفین کے لیے مرکزی کنٹرول اور انتظامی نظام کے ذریعے اندرونی آلات کی حیثیت کے بارے میں استفسار کرنا آسان ہے۔

2. سسٹم ہارڈ ویئر ڈیزائن

سسٹم کے ہارڈویئر ڈیزائن میں کنٹرول سینٹر کا ڈیزائن، مانیٹرنگ نوڈ اور ہوم اپلائنس کنٹرولر کا اختیاری اضافہ شامل ہے (مثال کے طور پر الیکٹرک فین کنٹرولر کو لیں)۔

2.1 کنٹرول سینٹر

کنٹرول سینٹر کے اہم کام درج ذیل ہیں: 1) وائرلیس ZigBee نیٹ ورک بنانے کے لیے، نیٹ ورک میں تمام مانیٹرنگ نوڈس شامل کریں، اور نئے آلات کے استقبال کا احساس کریں۔ 2) صارف کی شناخت، گھر پر یا واپس صارف کارڈ کے ذریعے انڈور سیکیورٹی سوئچ حاصل کرنے کے لیے؛ 3) جب کوئی چور کمرے میں گھس جائے تو صارف کو الارم کے لیے ایک مختصر پیغام بھیجیں۔ صارفین مختصر پیغامات کے ذریعے اندرونی سیکورٹی، روشنی اور گھریلو آلات کو بھی کنٹرول کر سکتے ہیں۔ 4) جب سسٹم اکیلے چل رہا ہوتا ہے، LCD موجودہ سسٹم کی حیثیت دکھاتا ہے، جو صارفین کے لیے دیکھنے میں آسان ہے۔ 5) برقی آلات کی حالت کو اسٹور کریں اور سسٹم کو آن لائن سمجھنے کے لیے اسے PC کو بھیجیں۔

ہارڈ ویئر کیریئر سینس ایک سے زیادہ رسائی/تصادم کا پتہ لگانے (CSMA/CA) کو سپورٹ کرتا ہے۔ 2.0 ~ 3.6V کا آپریٹنگ وولٹیج سسٹم کی کم بجلی کی کھپت کے لیے سازگار ہے۔ کنٹرول سینٹر میں ZigBee کوآرڈینیٹر ماڈیول سے منسلک ہو کر گھر کے اندر ایک وائرلیس ZigBee سٹار نیٹ ورک قائم کریں۔ اور تمام مانیٹرنگ نوڈس، نیٹ ورک میں شامل ہونے کے لیے ہوم اپلائنس کنٹرولر کو نیٹ ورک میں ٹرمینل نوڈ کے طور پر شامل کرنے کے لیے منتخب کیا گیا ہے، تاکہ ان ڈور سیکیورٹی اور گھریلو آلات کے وائرلیس ZigBee نیٹ ورک کنٹرول کا احساس ہو سکے۔

2.2 مانیٹرنگ نوڈس

مانیٹرنگ نوڈ کے افعال درج ذیل ہیں: 1) چوروں کے حملہ کرنے پر انسانی جسم کے سگنل کا پتہ لگانا، آواز اور روشنی کا الارم۔ 2) لائٹنگ کنٹرول، کنٹرول موڈ کو خودکار کنٹرول اور دستی کنٹرول میں تقسیم کیا جاتا ہے، خودکار کنٹرول انڈور لائٹ کی طاقت کے مطابق خود بخود لائٹ آن/آف ہوتا ہے، دستی کنٹرول لائٹنگ کنٹرول سینٹرل کنٹرول سسٹم کے ذریعے ہوتا ہے، (3) الارم کی معلومات اور دیگر معلومات کنٹرول سینٹر کو بھیجی جاتی ہیں، اور آلات کے کنٹرول کو مکمل کرنے کے لیے کنٹرول سینٹر سے کنٹرول کمانڈ وصول کرتی ہے۔

انفراریڈ پلس مائکروویو کا پتہ لگانے کا موڈ انسانی جسم کے سگنل کا پتہ لگانے کا سب سے عام طریقہ ہے۔ پائرو الیکٹرک انفراریڈ پروب RE200B ہے، اور ایمپلیفیکیشن ڈیوائس BISS0001 ہے۔ RE200B 3-10 V وولٹیج سے چلتا ہے اور اس میں بلٹ ان پائرو الیکٹرک ڈوئل حساس انفراریڈ عنصر ہے۔ جب عنصر انفراریڈ روشنی حاصل کرتا ہے، تو فوٹو الیکٹرک اثر ہر عنصر کے کھمبوں پر ہوگا اور چارج جمع ہوگا۔ BISS0001 ایک ڈیجیٹل اینالاگ ہائبرڈ asIC ہے جو آپریشنل ایمپلیفائر، وولٹیج کمپیریٹر، اسٹیٹ کنٹرولر، ڈیلی ٹائم ٹائمر اور بلاکنگ ٹائم ٹائمر پر مشتمل ہے۔ RE200B اور چند اجزاء کے ساتھ، غیر فعال پائرو الیکٹرک انفراریڈ سوئچ بنایا جا سکتا ہے۔ Ant-g100 ماڈیول مائکروویو سینسر کے لیے استعمال کیا گیا تھا، سینٹر فریکوئنسی 10 GHz تھی، اور زیادہ سے زیادہ قیام کا وقت 6μs تھا۔ پائرو الیکٹرک اورکت ماڈیول کے ساتھ مل کر، ہدف کا پتہ لگانے کی غلطی کی شرح کو مؤثر طریقے سے کم کیا جا سکتا ہے۔

لائٹ کنٹرول ماڈیول بنیادی طور پر فوٹو سینسیٹو ریزسٹر اور لائٹ کنٹرول ریلے پر مشتمل ہوتا ہے۔ 10 K ω کے ایڈجسٹ ایبل ریزسٹر کے ساتھ سیریز میں فوٹو سینسیٹیو ریزسٹر کو جوڑیں، پھر فوٹو سینسیٹیو ریزسٹر کے دوسرے سرے کو زمین سے جوڑیں، اور ایڈجسٹ ایبل ریسسٹر کے دوسرے سرے کو ہائی لیول سے جوڑیں۔ دو ریزسٹنس کنکشن پوائنٹس کی وولٹیج ویلیو SCM اینالاگ ٹو ڈیجیٹل کنورٹر کے ذریعے حاصل کی جاتی ہے تاکہ یہ معلوم کیا جا سکے کہ موجودہ لائٹ آن ہے یا نہیں۔ سایڈست مزاحمت کو صارف کی طرف سے ایڈجسٹ کیا جا سکتا ہے تاکہ روشنی کی شدت کو پورا کیا جا سکے جب روشنی ابھی آن ہوتی ہے۔ انڈور لائٹنگ سوئچز کو ریلے کے ذریعے کنٹرول کیا جاتا ہے۔ صرف ایک ان پٹ/آؤٹ پٹ پورٹ حاصل کیا جا سکتا ہے۔

2.3 شامل کردہ ہوم اپلائنس کنٹرولر کو منتخب کریں۔

گھریلو ایپلائینسز کا کنٹرول بنیادی طور پر ڈیوائس کے کنٹرول کو حاصل کرنے کے لیے ڈیوائس کے فنکشن کے مطابق شامل کرنے کا انتخاب کریں، یہاں مثال کے طور پر برقی پنکھے میں۔ پنکھا کنٹرول کنٹرول سینٹر ہے پی سی فین کنٹرول کی ہدایات ZigBee نیٹ ورک کے نفاذ کے ذریعے الیکٹرک فین کنٹرولر کو بھیجی جائیں گی، مختلف آلات کا شناختی نمبر مختلف ہے، مثال کے طور پر، اس معاہدے کی دفعات 122 ہے، گھریلو رنگین ٹی وی شناختی نمبر 123 ہے، اس طرح مختلف الیکٹریکل ہوم اپلائنسز کنٹرول سینٹر کی پہچان کا احساس ہوا۔ ایک ہی انسٹرکشن کوڈ کے لیے، مختلف گھریلو آلات مختلف کام انجام دیتے ہیں۔ تصویر 4 اضافہ کے لیے منتخب کردہ گھریلو آلات کی ساخت کو ظاہر کرتی ہے۔

3. سسٹم سافٹ ویئر ڈیزائن

سسٹم سافٹ ویئر ڈیزائن میں بنیادی طور پر چھ حصے شامل ہیں، جو کہ ریموٹ کنٹرول ویب پیج ڈیزائن، سنٹرل کنٹرول مینجمنٹ سسٹم ڈیزائن، کنٹرول سینٹر مین کنٹرولر ATMegal28 پروگرام ڈیزائن، CC2430 کوآرڈینیٹر پروگرام ڈیزائن، CC2430 مانیٹرنگ نوڈ پروگرام ڈیزائن، CC2430 سلیکٹ ایڈ ڈیوائس پروگرام ڈیزائن۔

3.1 ZigBee کوآرڈینیٹر پروگرام ڈیزائن

کوآرڈینیٹر سب سے پہلے ایپلیکیشن لیئر کی شروعات کو مکمل کرتا ہے، ایپلیکیشن لیئر اسٹیٹ کو سیٹ کرتا ہے اور اسٹیٹ کو بیکار پر وصول کرتا ہے، پھر گلوبل انٹرپٹس کو آن کرتا ہے اور I/O پورٹ کو شروع کرتا ہے۔ کوآرڈینیٹر پھر وائرلیس اسٹار نیٹ ورک کی تعمیر شروع کرتا ہے۔ پروٹوکول میں، کوآرڈینیٹر خود بخود 2.4 GHz بینڈ کا انتخاب کرتا ہے، بٹس کی زیادہ سے زیادہ تعداد فی سیکنڈ 62 500 ہے، پہلے سے طے شدہ PANID 0×1347 ہے، زیادہ سے زیادہ اسٹیک ڈیپتھ 5 ہے، فی بھیجے گئے بائٹس کی زیادہ سے زیادہ تعداد 93 ہے، اور سیریل پورٹ بوڈ کی شرح 57 600 بٹ فی سیکنڈ ہے۔ SL0W TIMER 10 وقفے فی سیکنڈ پیدا کرتا ہے۔ ZigBee نیٹ ورک کے کامیابی سے قائم ہونے کے بعد، کوآرڈینیٹر اپنا پتہ کنٹرول سینٹر کے MCU کو بھیجتا ہے۔ یہاں، کنٹرول سینٹر MCU ZigBee کوآرڈینیٹر کو مانیٹرنگ نوڈ کے ممبر کے طور پر شناخت کرتا ہے، اور اس کا شناخت شدہ پتہ 0 ہے۔ پروگرام مین لوپ میں داخل ہوتا ہے۔ سب سے پہلے، اس بات کا تعین کریں کہ آیا ٹرمینل نوڈ کے ذریعہ نیا ڈیٹا بھیجا گیا ہے، اگر موجود ہے تو، ڈیٹا کو براہ راست کنٹرول سینٹر کے MCU میں منتقل کیا جاتا ہے۔ اس بات کا تعین کریں کہ آیا کنٹرول سینٹر کے MCU میں ہدایات بھیجی گئی ہیں، اگر ایسا ہے تو، متعلقہ ZigBee ٹرمینل نوڈ پر ہدایات بھیجیں۔ فیصلہ کریں کہ آیا سیکورٹی کھلی ہے، آیا کوئی چور ہے، اگر ایسا ہے تو، الارم کی معلومات کنٹرول سینٹر کے MCU کو بھیجیں؛ فیصلہ کریں کہ آیا روشنی خودکار کنٹرول حالت میں ہے، اگر ایسا ہے تو، نمونے لینے کے لیے ینالاگ سے ڈیجیٹل کنورٹر کو آن کریں، نمونے کی قدر روشنی کو آن یا آف کرنے کی کلید ہے، اگر روشنی کی حالت بدل جاتی ہے، تو نئی حالت کی معلومات کنٹرول سینٹر MC-U میں منتقل کیا گیا۔

3.2 ZigBee ٹرمینل نوڈ پروگرامنگ

ZigBee ٹرمینل نوڈ سے مراد وائرلیس ZigBee نوڈ ہے جسے ZigBee کوآرڈینیٹر کنٹرول کرتا ہے۔ سسٹم میں، یہ بنیادی طور پر مانیٹرنگ نوڈ اور گھریلو آلات کنٹرولر کا اختیاری اضافہ ہے۔ ZigBee ٹرمینل نوڈس کے آغاز میں ایپلیکیشن لیئر کی ابتدا، افتتاحی مداخلت، اور I/O بندرگاہوں کو شروع کرنا بھی شامل ہے۔ پھر ZigBee نیٹ ورک میں شامل ہونے کی کوشش کریں۔ یہ نوٹ کرنا ضروری ہے کہ صرف ZigBee کوآرڈینیٹر سیٹ اپ والے اختتامی نوڈس کو نیٹ ورک میں شامل ہونے کی اجازت ہے۔ اگر ZigBee ٹرمینل نوڈ نیٹ ورک میں شامل ہونے میں ناکام ہو جاتا ہے، تو یہ ہر دو سیکنڈ میں دوبارہ کوشش کرے گا جب تک کہ یہ کامیابی سے نیٹ ورک میں شامل نہ ہو جائے۔ نیٹ ورک میں کامیابی کے ساتھ شامل ہونے کے بعد، ZI-Gbee ٹرمینل نوڈ اپنی رجسٹریشن کی معلومات ZigBee کوآرڈینیٹر کو بھیجتا ہے، جو پھر اسے ZigBee ٹرمینل نوڈ کی رجسٹریشن مکمل کرنے کے لیے کنٹرول سینٹر کے MCU کو بھیج دیتا ہے۔ اگر ZigBee ٹرمینل نوڈ ایک مانیٹرنگ نوڈ ہے، تو یہ روشنی اور سیکورٹی کے کنٹرول کا احساس کر سکتا ہے۔ پروگرام ZigBee کوآرڈینیٹر کی طرح ہے، سوائے اس کے کہ مانیٹرنگ نوڈ کو ZigBee کوآرڈینیٹر کو ڈیٹا بھیجنے کی ضرورت ہوتی ہے، اور پھر ZigBee کوآرڈینیٹر کنٹرول سینٹر کے MCU کو ڈیٹا بھیجتا ہے۔ اگر ZigBee ٹرمینل نوڈ ایک الیکٹرک فین کنٹرولر ہے، تو اسے ریاست کو اپ لوڈ کیے بغیر صرف اوپری کمپیوٹر کا ڈیٹا حاصل کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، اس لیے اس کا کنٹرول براہ راست وائرلیس ڈیٹا کی وصولی کی رکاوٹ میں مکمل کیا جا سکتا ہے۔ وائرلیس ڈیٹا وصول کرنے میں رکاوٹ میں، تمام ٹرمینل نوڈس موصول شدہ کنٹرول ہدایات کو نوڈ کے کنٹرول پیرامیٹرز میں ترجمہ کرتے ہیں، اور نوڈ کے مرکزی پروگرام میں موصول ہونے والی وائرلیس ہدایات پر کارروائی نہیں کرتے ہیں۔

4 آن لائن ڈیبگنگ

سنٹرل کنٹرول مینجمنٹ سسٹم کے ذریعے جاری کردہ فکسڈ آلات کے انسٹرکشن کوڈ کے لیے بڑھتی ہوئی ہدایات کو کمپیوٹر کے سیریل پورٹ کے ذریعے کنٹرول سینٹر کے MCU، اور دو لائن انٹرفیس کے ذریعے کوآرڈینیٹر کو، اور پھر ZigBee ٹرمینل کو بھیجا جاتا ہے۔ کوآرڈینیٹر کی طرف سے نوڈ. جب ٹرمینل نوڈ ڈیٹا وصول کرتا ہے، ڈیٹا دوبارہ سیریل پورٹ کے ذریعے پی سی کو بھیجا جاتا ہے۔ اس PC پر، ZigBee ٹرمینل نوڈ کے ذریعے موصول ہونے والے ڈیٹا کا موازنہ کنٹرول سینٹر کے بھیجے گئے ڈیٹا سے کیا جاتا ہے۔ مرکزی کنٹرول مینجمنٹ سسٹم ہر سیکنڈ میں 2 ہدایات بھیجتا ہے۔ 5 گھنٹے کی جانچ کے بعد، ٹیسٹنگ سافٹ ویئر اس وقت رک جاتا ہے جب یہ ظاہر کرتا ہے کہ موصول شدہ پیکٹوں کی کل تعداد 36,000 پیکٹ ہے۔ ملٹی پروٹوکول ڈیٹا ٹرانسمیشن ٹیسٹنگ سافٹ ویئر کے ٹیسٹ کے نتائج شکل 6 میں دکھائے گئے ہیں۔ درست پیکٹوں کی تعداد 36 000 ہے، غلط پیکٹوں کی تعداد 0 ہے، اور درستگی کی شرح 100% ہے۔

ZigBee ٹیکنالوجی کا استعمال سمارٹ ہوم کے اندرونی نیٹ ورکنگ کو محسوس کرنے کے لیے کیا جاتا ہے، جس میں آسان ریموٹ کنٹرول، نئے آلات کے لچکدار اضافے اور قابل اعتماد کنٹرول کارکردگی کے فوائد ہیں۔ RFTD ٹیکنالوجی کا استعمال صارف کی شناخت کو محسوس کرنے اور سسٹم کی حفاظت کو بہتر بنانے کے لیے کیا جاتا ہے۔ جی ایس ایم ماڈیول تک رسائی کے ذریعے، ریموٹ کنٹرول اور الارم کے افعال کا احساس ہوتا ہے۔