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104年韌體工程師人才養成班
專案組員:蘇0勳、林0彥、宋0,邱0明
2015/2/13
Outline
• 智慧家庭情境簡介
• 智慧家庭功能簡介
• 系統架構
• RF通訊架構介紹
• 結語
智慧家庭情境簡介
智慧家庭情境
智慧家庭功能實現
智慧家庭功能實現
智慧門鈴系統
• 當有人按門鈴時,Web Camera會拍照
• 傳送附帶照片的e-mail
• NFC刷卡自動開門
即時數據更新
• Web Camera
• 偵測溫溼度
即時遠端控制
• 控制電燈
• 控制電扇
• 控制大...
Web interface
即時
遠端控制
即時
數劇更新
即時監視
大門和窗戶
遠端控制
大門開關
保全系統
開關
Web Carmera
系統架構
硬體架構
無線模組 +艾鍗I/O板 + Raspberry pi B+
(cc2500)
LANUART
relay
WiFi
電子鎖
溫濕度 Sensor
USB
PIC18F46J50 + cc2500
PIC18F46J50 + cc25...
軟體架構 -智慧門鈴系統
NFC_Check
NFC (pn-532)
IT Ring Door
(Main function)
HTTP server (Tornado)
UART
RF(CC2500)
Web UI
Camera
User
...
軟體架構 – 即時數劇更新
NFC_Check
NFC (pn-532)
IT Ring Door
(Main function)
HTTP server (Tornado)
UART
RF(CC2500)
Web UI
Camera
User...
軟體架構 – 即時遠端控制
NFC_Check
NFC (pn-532)
IT Ring Door
(Main function)
HTTP server (Tornado)
UART
RF(CC2500)
Web UI
Camera
User...
軟體架構 - NFC
NFC_Check
NFC (pn-532)
IT Ring Door
(Main function)
HTTP server (Tornado)
UART
RF(CC2500)
Web UI
Camera
User
Sp...
PIC 功能方塊圖
UART1 I/O UART2
CCP1 Micro chip PIC18F46J50 SPI
USB I2C ADC RTCC I/O CCP2
Si7020
CC2500
Power
LED
Relay
IR
Butto...
技術簡介 – CC2500
• 2.4GHz RF (射頻) 收發器
• 工作電壓:1.8~3.6V (建議3.3V)
• 頻率範圍:2400~2483.5 MHz
• 資料傳輸率:最高500kbps
• 輸出功率:可達+1dBm
• 可視直線...
2.4G RF 無線通訊架構
智慧家庭實現
-無線聯網方式
• Bluetooth
• 3G/4G直接上網
• WiFi直接上網
RF通訊 – 採用星狀網路
• 每個通訊裝置都有不同的識別 ID
• 無線通訊的連線需要分辨發送端(SID)、接收端(TID)
• 拓樸架構相同的網路需不同的群組(GID)識別
2.4G RF 無線通訊
– 封包設計
TID SID GID TP PAYLOAD
1: R...
無線通訊的控制封包
1 8 7 3 1
1 8 7 3 1
燈具 ID 主機 ID 群組 ID SET ONMaster 送出開燈具的封包
8 1 7 5 1
主機 ID 燈具 ID 群組 ID ACK ON
Slave 回傳 ACK 封包
RF通訊 – Polling 機制
最多polling 三次,超過三次,
就換下一個Device
RF通訊 -
當有三個裝置不存在時
RF網路 :
三個不存在裝置無效polling>五個存在有效裝置polling
RF網路-初始化機制 :
將連續三次無回應裝置列入排除候選清單
3,7,8
3,7,8
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3,4,7,8
3,7,8
2,3,7,8
:
FailNode
ID:1
ID:2
ID:3
ID:4
ID:5
ID:6
ID:7ID:8
RF網路-初始化機制 :
利用排除候選清單,產生Block Node
3,7,8
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3,4,7,8
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2,3,7,8
:
FailNode
收集前 30筆
資訊
3,7,8
BlockNode
ID:1
ID:2...
RF網路-WebUI呈現
進入Block Node的裝
置,會以灰色UI呈現。
RF通訊-網路監控機制
Reply(1)
Reply(2)
Reply(5)
Reply(6)
Loop end
:
:
Monitor List
ID:1
ID:2
ID:3
ID:4
ID:5ID:6
ID:7
ID:8
RF通訊-網路裝置監控
及時統計Monitor List,
當裝置回傳次數少於
30%,會以紅框提醒使
用者
保全系統
• 保全開啟前,須將門窗關上,才能將保全系統啟動。
• 保全啟動時,當門窗有異常時,會啟動告警系統嚇阻
盜匪,亦會發送Email訊息告知屋主。
• 保全系統啟動後,無法使用遠端開門。
保全系統
門鈴系統 – 即時影像傳遞
即時影像
Email傳遞
門鈴系統 – 遠端開門
NFC技術簡介
• NFC (Near Field Communication,近距離無線通
訊)是一種極短距離的無線射頻識別通訊協定技術
標準。
• 主要由PHILIPS、NOKIA與SONY共同研發,原理
是使用單一晶片,結合感應讀卡器、感...
NFC辨識技術三大模式
卡模式(Card Emulation)
點對點模式(P2P mode) 讀取器模式(Reader/Writer mode)
常見NFC Tag
• ISO/IEC 14443 Type A
– NXP MIFARE series
– IBM JCOP
– NOKIA MIFARE
• ISO/IEC 14443 Type B
• Sony Felica
結語
• 未來台灣老人結構會逐漸變多,智慧家庭應用蓄
勢看漲,而相關產業也會帶動發展,本專題平台
還可擴充的功能有:
– 語音通話
– APP
– 居家老人看護
– 防火偵測
– 健康追蹤
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Raspberry Pi 智慧門鈴系統

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智慧門鈴系統
當有人按門鈴時,Web Camera會拍照
傳送附帶照片的e-mail
NFC刷卡自動開門
即時數據更新
Web Camera
偵測溫溼度
即時遠端控制
控制電燈
控制電扇
控制大門開啟
即時遠端保全
當保全系統啟動時,偵測到大門或窗戶被打開
會即時發出警報並且寄送e-mail通知



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Raspberry Pi 智慧門鈴系統

  1. 1. 104年韌體工程師人才養成班 專案組員:蘇0勳、林0彥、宋0,邱0明 2015/2/13
  2. 2. Outline • 智慧家庭情境簡介 • 智慧家庭功能簡介 • 系統架構 • RF通訊架構介紹 • 結語
  3. 3. 智慧家庭情境簡介
  4. 4. 智慧家庭情境
  5. 5. 智慧家庭功能實現
  6. 6. 智慧家庭功能實現 智慧門鈴系統 • 當有人按門鈴時,Web Camera會拍照 • 傳送附帶照片的e-mail • NFC刷卡自動開門 即時數據更新 • Web Camera • 偵測溫溼度 即時遠端控制 • 控制電燈 • 控制電扇 • 控制大門開啟 即時遠端保全 • 當保全系統啟動時,偵測到大門或窗戶被打開 • 會即時發出警報並且寄送e-mail通知
  7. 7. Web interface 即時 遠端控制 即時 數劇更新 即時監視 大門和窗戶 遠端控制 大門開關 保全系統 開關 Web Carmera
  8. 8. 系統架構
  9. 9. 硬體架構 無線模組 +艾鍗I/O板 + Raspberry pi B+ (cc2500) LANUART relay WiFi 電子鎖 溫濕度 Sensor USB PIC18F46J50 + cc2500 PIC18F46J50 + cc2500 PIC18F46J50 + cc2500
  10. 10. 軟體架構 -智慧門鈴系統 NFC_Check NFC (pn-532) IT Ring Door (Main function) HTTP server (Tornado) UART RF(CC2500) Web UI Camera User Space Device Driver Hardware Data Collection (Python) SPI Libnfc SMTP MJPEG PIC(CC2500) GPIO USB Door button Door Lock E-mail with photo
  11. 11. 軟體架構 – 即時數劇更新 NFC_Check NFC (pn-532) IT Ring Door (Main function) HTTP server (Tornado) UART RF(CC2500) Web UI Camera User Space Hardware Data Collection (Python) SPI Libnfc SMTP MJPEG PIC(CC2500) GPIO USB Door button Door LockData Device Driver
  12. 12. 軟體架構 – 即時遠端控制 NFC_Check NFC (pn-532) IT Ring Door (Main function) HTTP server (Tornado) UART RF(CC2500) Web UI Camera User Space Hardware Data Collection (Python) SPI Libnfc SMTP MJPEG PIC(CC2500) GPIO USB Door button Door Lock Command Command Device Driver
  13. 13. 軟體架構 - NFC NFC_Check NFC (pn-532) IT Ring Door (Main function) HTTP server (Tornado) UART RF(CC2500) Web UI Camera User Space Hardware Data Collection (Python) SPI Libnfc SMTP MJPEG PIC(CC2500) GPIO USB Door button Door Lock NFC UID Check ok Device Driver
  14. 14. PIC 功能方塊圖 UART1 I/O UART2 CCP1 Micro chip PIC18F46J50 SPI USB I2C ADC RTCC I/O CCP2 Si7020 CC2500 Power LED Relay IR Button 七段顯示器 PL2303 UART TO USB Bluetooth VR
  15. 15. 技術簡介 – CC2500 • 2.4GHz RF (射頻) 收發器 • 工作電壓:1.8~3.6V (建議3.3V) • 頻率範圍:2400~2483.5 MHz • 資料傳輸率:最高500kbps • 輸出功率:可達+1dBm • 可視直線通信距離:50 ~ 100米 • 耗電量極低: – TX mode : 在0dBm 為21.2mA – RX mode : 在250kbps 為13.3mA • 獨立的64位元組RX和TX資料FIFO • SPI控制介面
  16. 16. 2.4G RF 無線通訊架構
  17. 17. 智慧家庭實現 -無線聯網方式 • Bluetooth • 3G/4G直接上網 • WiFi直接上網
  18. 18. RF通訊 – 採用星狀網路
  19. 19. • 每個通訊裝置都有不同的識別 ID • 無線通訊的連線需要分辨發送端(SID)、接收端(TID) • 拓樸架構相同的網路需不同的群組(GID)識別 2.4G RF 無線通訊 – 封包設計 TID SID GID TP PAYLOAD 1: RESET 2: GET 3: SET 4: REPLY 5: ACK TID : Target ID SID : Source ID GID: Group ID TP : Type command
  20. 20. 無線通訊的控制封包 1 8 7 3 1 1 8 7 3 1 燈具 ID 主機 ID 群組 ID SET ONMaster 送出開燈具的封包 8 1 7 5 1 主機 ID 燈具 ID 群組 ID ACK ON Slave 回傳 ACK 封包
  21. 21. RF通訊 – Polling 機制 最多polling 三次,超過三次, 就換下一個Device
  22. 22. RF通訊 - 當有三個裝置不存在時
  23. 23. RF網路 : 三個不存在裝置無效polling>五個存在有效裝置polling
  24. 24. RF網路-初始化機制 : 將連續三次無回應裝置列入排除候選清單 3,7,8 3,7,8 3,7,8 3,4,7,8 3,7,8 2,3,7,8 : FailNode ID:1 ID:2 ID:3 ID:4 ID:5 ID:6 ID:7ID:8
  25. 25. RF網路-初始化機制 : 利用排除候選清單,產生Block Node 3,7,8 3,7,8 3,7,8 3,4,7,8 3,7,8 2,3,7,8 : FailNode 收集前 30筆 資訊 3,7,8 BlockNode ID:1 ID:2 ID:3 ID:4 ID:5 ID:6 ID:7ID:8
  26. 26. RF網路-WebUI呈現 進入Block Node的裝 置,會以灰色UI呈現。
  27. 27. RF通訊-網路監控機制 Reply(1) Reply(2) Reply(5) Reply(6) Loop end : : Monitor List ID:1 ID:2 ID:3 ID:4 ID:5ID:6 ID:7 ID:8
  28. 28. RF通訊-網路裝置監控 及時統計Monitor List, 當裝置回傳次數少於 30%,會以紅框提醒使 用者
  29. 29. 保全系統 • 保全開啟前,須將門窗關上,才能將保全系統啟動。 • 保全啟動時,當門窗有異常時,會啟動告警系統嚇阻 盜匪,亦會發送Email訊息告知屋主。 • 保全系統啟動後,無法使用遠端開門。
  30. 30. 保全系統
  31. 31. 門鈴系統 – 即時影像傳遞 即時影像 Email傳遞
  32. 32. 門鈴系統 – 遠端開門
  33. 33. NFC技術簡介 • NFC (Near Field Communication,近距離無線通 訊)是一種極短距離的無線射頻識別通訊協定技術 標準。 • 主要由PHILIPS、NOKIA與SONY共同研發,原理 是使用單一晶片,結合感應讀卡器、感應式卡片, 利用點對點功能,在20公分距離內以13.56MHz 頻率範圍運作
  34. 34. NFC辨識技術三大模式 卡模式(Card Emulation) 點對點模式(P2P mode) 讀取器模式(Reader/Writer mode)
  35. 35. 常見NFC Tag • ISO/IEC 14443 Type A – NXP MIFARE series – IBM JCOP – NOKIA MIFARE • ISO/IEC 14443 Type B • Sony Felica
  36. 36. 結語 • 未來台灣老人結構會逐漸變多,智慧家庭應用蓄 勢看漲,而相關產業也會帶動發展,本專題平台 還可擴充的功能有: – 語音通話 – APP – 居家老人看護 – 防火偵測 – 健康追蹤
  37. 37. Thank You for Your Attention

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