基于嵌入式平台的智能窗帘开发
2019-05-23刘甲丽杜选陈立江尹海楠郭栋吴昊
刘甲丽 杜选 陈立江 尹海楠 郭栋 吴昊
摘要:随着物联网的发展,人们对智能家居有着越来越高的要求,智能窗帘在其中有着不可或缺的重要性。不仅要具有遮光作用和美化功能,更要具备方便智能的使用功能。系统基于智云物联平台设计,选取嵌入式微处理器,通过光敏无线传感器采集光强值、步进电机控制窗帘的升降,同时采用了ZigBee搭建无线网络通信技术。数据采集以CC2530作为底层硬件平台,实时采集光线强度。智能窗帘可通过自动、手动、语音三种方式控制窗帘的升降及打开、闭合程度,给人们带来更加便捷舒适的生活环境。
关键词:物联网;嵌入式;智能窗帘;ZigBee;CC2530
中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2019)05-0234-02
Development of Intelligent Curtain based on Embedded Platform
LIU Jia-li1,DU Xuan1,CHEN Li-jiang2,YIN Hai-nan1,GUO Dong1,WU Hao1
(1.Jiaxing University, Jiaxing 314001,China; 2.Zhongxing New Thought Education, Shenzhen 518081,China)
Abstract: With the development of the Internet of things, people have more and more requirements for smart home, Smart curtains are of vital importance. It not only has the function of shading and beautifying, but also has the function of convenient and intelligent use. The system is based on the design of the intelligent cloud-object platform. The embedded microprocessor is selected to collect the light intensity value through the photosensitive wireless sensor, and the curtain is controlled by the stepper motor. At the same time, ZigBee is used to build wireless network communication technology. Data acquisition takes CC2530 as the underlying hardware platform to collect light intensity in real time. Intelligent curtain can automatically, manually, voice three ways to control the curtain lifting and opening, closing degree, to bring people a more convenient and comfortable living environment.
Key words: internet of things; embedded; intelligent curtains; ZigBee; CC2530
1 引言
隨着中国经济的快速发展,各种智能家居百花齐放,智能窗帘的研发也开始进入了人们的视线。窗帘所具有的最基本的功能便是调节室内光线和遮阳隔热,随着窗帘的不断发展,它已经成为了在居室里不可缺少的、功能性和装饰性完美结合的室内装饰品。目前普通的窗帘已经不能再满足当代人的需要,人们在追求美的同时也在不断地追求舒适、便捷与安全。
智能窗帘是带有一定自我反应、调节、控制功能的电动窗帘。可根据室内的环境状况自动调空气湿度、光线强度、平衡室温等,有智能雨控、智能光控、智能风控三大突出的特点。根据光敏传感器采集到的光照强度自动对窗帘的开关进行控制,实现能通过web方式或手机APP进行控制[1]。
近年来,智能家居系统受到越来越多人的推崇,国内的智能家居行业标准随着国家相关规定及标准的逐渐建立,智能家居已成为目前业界最具前景的领域。
2 需求分析
本项目设计了一款智能窗帘,用户可以根据自己的需要来控制窗帘。用户可以通过自动、手动、语音三种方式控制窗帘的升降,若设为自动控制,窗帘能够自动感应采集周围环境的光照强度,并根据采集到的光照强度值控制窗帘的升降,若为手动方式,可通过手机APP或web浏览器远程控制窗帘的升降,若为语音控制,可通过识别用户的语音指令控制窗帘的升降。该系统基于智云物联平台设计,通过无线光敏传感器采用光强值,通过步进电机控制窗帘的升降,底层采用的是单片机cc2530,同时采用了ZigBee无线网络通信技术。客户通过web或android手机App对窗帘进行控制。
智能窗帘系统可以实现如下功能:
1)实时数据采集功能: 实时显示光敏传感器所在位置的光照强度值;
2)执行控制功能:点击打开按钮,开启步进电机; 点击关闭按钮,关闭步进电机;
3) 联动控制功能:当光强值超过设定的阈值时,自动关闭步进电机;当光强值在设定的阈值内时,自动开启步进电机;
4)语音控制功能:使用现有的语音识别技术WEGASUN-M6语音识别模块,通过语音指令的输入,实现对窗帘的自动开关和指定打开程度的控制。
3 系统设计
3.1系统总体结构设计
智能窗帘系统的总体设计思路是利用光敏传感器采集環境光照强度、采用语音识别传感器采集语音信号、步进电机对窗帘进行升降控制,将上述三种无线传感器通过zigbee无线网络与协调器节点通信,协调器节点通过串口与家居网关通信,家居网关通过wifi接入互联网,在手机上运行App对智能窗帘进行控制。
3.2 传感器硬件驱动设计
3.2.1 Zigbee节点电路
Zigbee节点硬件电路采用TI公司的CC2530F256芯片实现无线通信方案。CC2530 是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 应用的一个真正的片上系统(SoC)解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。CC2530 结合了领先的RF 收发器的优良性能,业界标准的增强型8051 CPU,系统内可编程闪存,8-KB RAM 和许多其他强大的功能。CC2530 具有不同的运行模式,使得它尤其适应超低功耗要求的系统[2]。运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。CC2530F256 结合了德州仪器的业界领先的黄金单元ZigBee协议栈(Z-Stack?),提供了一个强大和完整的ZigBee 解决方案。CC2530系统硬件电路包括稳压电源、时钟电路、复位电路等。
3.2.2 光敏传感器
窗帘自动控制系统的光控功能可根据光照的强弱来自动控制窗帘的开闭,因此需要用到光照传感元器件。
光敏传感器是一种利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器,它的敏感波长在可见光波长附近,包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测,还可以作为探测元件组成其他传感器,对许多非电量进行检测,只要将这些非电量转换为光信号的变化即可[3]。
光敏传感器属于采集类传感器,驱动程序逻辑如图2所示:
光敏传感器属于定时采集类传感器,设定每隔30s主动上报传感器数值。
3.2.3 步进电机
步进电机是一个将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机,是现代数字程序控制系统中的主要执行元件。步进电机是一种感应电机,它的工作原理是利用电子电路,将直流电变成分时供电的,多相时序控制电流,用这种电流为步进电机供电,步进电机才能正常工作,驱动器就是为步进电机分时供电的,多相时序控制器[4]。
步进电机传感器属于控制类传感器,设定每隔30s主动上报传感器数值。进电机传感器ZXBee HAL函数如表1所示:
4 运行结果
1)根据实际硬件平台设置传感器节点的IEEE地址及智云ID/KEY
2)编译SmartCurtain工程,并安装应用程序到Android智能手机中
3)设置Android终端设备接入到互联网或者与智云网关设备在同一个局域网内。进入智能窗帘系统主界面,在主界面弹出“连接网关成功”消息后即表示连接到智云服务中心
4)连接网关成功后会发送查询光强值的命令并将光强值在左侧显示出来,用户可选择自动、手动或语音控制模式来控制电机的开关,系统默认选中手动模式,如图3所示:
5)选择自动控制,系统默认的初始阀值为200,用户也可以调节光强阀值
5 总结
基于嵌入式平台[5]和ZigBee技术设计开发智能窗帘,其中光敏电阻传送信号、步进电机作为执行元件、cc2530单片机作为主要的控制元器件。应用cc2530单片机的优势减少了硬件的复杂性,光敏电阻接收外界光照信号,经过A\D转换后,传送给单片机一个电信号,单片机经过处理后,控制步进电机做出相应的动作,以控制窗帘的开闭。光敏电阻的良好感光性以及步进电机的结构简单,控制方便的优点使窗帘控制开关更加稳定。通过自动、手动、语音三种方式控制窗帘。客户端通过web或Android智能手机app对窗帘进行控制,方便操控。
参考文献:
[1] 刘金金.基于智云平台的农业光强监测平台的设计与实现[J].中原工学院学报,2017,28(2).
[2] 谌容,胡泽,张扯拉,汪维. 基于单片机控制的智能光控窗帘系统研究[J].电子世界,2013(09).
[3] 杨东,轩克辉,董雪峰. 光敏电阻的特性及应用研究[J].山东轻工业学院(自然科学版),2013(02).
[4] 熊超美.步进电机的单片机控制硬件系统设计[J].湖南有色金属,2011(02).
[5] 张思民.嵌入式系统设计与应用[M].北京:清华大学出版社,2008.
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