基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗簾控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(蘇職大)(共16頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目錄專心-專注-專業(yè)第一章 概述1.1 系統(tǒng)概述隨著生活水平的提高，人們希望擁有一個(gè)舒適、便捷、安全的家居環(huán)境，傳統(tǒng)的住宅正向智能化方向轉(zhuǎn)變。在此背景下，設(shè)計(jì)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗簾控制系統(tǒng)。給出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理，著重闡述主要硬件及軟件的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)以嵌入式操作系統(tǒng)為核心，采用ZigBee無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，GPRS通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了對(duì)窗簾的本地與遠(yuǎn)程控制。測(cè)試結(jié)果表明該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸正確率高。將該系統(tǒng)應(yīng)用于智能窗簾中，能夠使智能窗簾的控制更加多樣化與智能化，對(duì)智能窗簾未來的發(fā)展，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。1.2 系統(tǒng)名字 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗簾

2、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。1.3 基本功能在集成芯片的觸摸屏上設(shè)置按鍵，通過CC2420模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控智能窗簾的運(yùn)行。也可以通過PC機(jī)的界面實(shí)現(xiàn)窗簾的控制。1.4 系統(tǒng)模塊l CC2420發(fā)送模塊l E-WS-EC模塊l ZIGBEE采集節(jié)點(diǎn)模塊l ZIGBEE無線傳輸模塊1.5 實(shí)現(xiàn)的原理 本次實(shí)訓(xùn)以無線傳感器為控制核心，采用ZigBee無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，通過CC2420模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，GPRS通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能控制窗簾的運(yùn)行，還可以通過個(gè)人PC的界面智能控制窗簾運(yùn)行。 第二章 系統(tǒng)硬件組成2.1 系統(tǒng)硬件連接原理圖圖2-1-12.2 協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器CPU：采用TI公司LM

3、3S9B96；CORTEX M3內(nèi)核；主頻為80MHz。所謂協(xié)調(diào)器，就是網(wǎng)絡(luò)組織的管理者。針對(duì)一般的應(yīng)用模式，在一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)形成之后，協(xié)調(diào)器不是必須的。它最主要的作用是，依據(jù)掃描情況，選擇一些合適參數(shù)建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)?；贑C2420的zigbee協(xié)調(diào)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低、成本低等特點(diǎn)。2.3 天線對(duì)于短距離無線通信設(shè)備（SRD，shortrangedevices）來說，天線的設(shè)計(jì)關(guān)系到通信距離的問題。輻射模型、增益、阻抗匹配、帶寬、尺寸和成本等因素，會(huì)影響我們對(duì)于天線的選擇和設(shè)計(jì)。目前，國(guó)內(nèi)普通的ZigBee芯片均工作在2.4G頻段，也就是ISM頻段。工作于這個(gè)頻段的無線技術(shù)很多，常見

4、的還有Bluetooth（藍(lán)牙），Wi-Fi（無線局域網(wǎng)）等. 一般來說，在這個(gè)頻段，我們可以選擇的天線有PCB天線、Chip天線和Whip天線。基于CC2420的zigbee天線主要用于電磁波信號(hào)的發(fā)送和接收。2.4 單片機(jī)芯片主要作用是：用于控制射頻芯片CC2420無線通信的實(shí)現(xiàn)。此處的單片機(jī)是8位低功耗、高性能的單片機(jī)微處理器具有豐富的資源和極低的能耗。它具有片內(nèi)128KB的程序存儲(chǔ)器(FLASH),4KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(SRAM,可外擴(kuò)到64KB)和4KB的EEPRM;有8個(gè)10位ADC通道,2個(gè)8位和2個(gè)16位硬件定時(shí)/計(jì)數(shù)器,并可在多種不同的模式下工作;8個(gè)PWM通道、可編程看門狗定

5、時(shí)器和片上振蕩器、片上模擬比較器;UART、SPI、I2C總線口;JTAG口為開發(fā)和調(diào)試提供了方便的接口。2.5 計(jì)算機(jī)（安裝有keil uVision4）Keil uVision4引入靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開發(fā)人員能夠使用多臺(tái)監(jiān)視器，并提供了視覺上的表面對(duì)窗口位置的完全控制的任何地方。最新的Keil uVision4 IDE，旨在提高開發(fā)人員的生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)更快，更有效的程序開發(fā)。uVision4引入了靈活的窗口管理系統(tǒng)，能夠拖放到視圖內(nèi)的任何地方，包括支持多顯示器窗口。uVision4在Vision3 IDE的基礎(chǔ)上，增加了更多大眾化的功能。 多顯示器和靈活的窗口管理系統(tǒng) 系統(tǒng)瀏覽器窗口的顯

6、示設(shè)備外設(shè)寄存器信息 調(diào)試還原視圖創(chuàng)建并保存多個(gè)調(diào)試窗口布局 多項(xiàng)目工作區(qū)簡(jiǎn)化與眾多的項(xiàng)目2.6 專用的控制模塊2.6.1 CC2420模塊 作用：實(shí)現(xiàn)無線通信開發(fā)模塊。 CC2420開發(fā)模塊采用CC2420芯片，可支持zigbee，IEEE802.15.4等開發(fā)，提供兼容802.15.4的物理層和MAC層的協(xié)議棧及面向應(yīng)用層的接口，完全兼容TinyOS 1.x及以上版本,用戶可以基于TinyOS開發(fā)自己的WSN應(yīng)用。硬件圖如圖2-1所示：圖2-1：CC2420模塊2.6.2 E-WS-EC模塊 用于接收控制命令及返回狀態(tài)信息。如果該模塊接收到控制命令則返回狀態(tài)信息，同時(shí)協(xié)調(diào)器指示燈會(huì)閃爍；如

7、果該模塊接收不到控制命令則不返回狀態(tài)信息，同時(shí)協(xié)調(diào)器指示燈也不會(huì)閃爍。2.6.3 zigbee采集節(jié)點(diǎn)模塊 主要作用：用于接收來自傳感器的數(shù)據(jù)信號(hào)并通過天線以電磁波的形勢(shì)發(fā)送給中央節(jié)點(diǎn)。采集節(jié)點(diǎn)組成包括：天線、單片機(jī)、傳感器。其中單片機(jī)運(yùn)行所有的程序，實(shí)現(xiàn)讀傳感器數(shù)據(jù)以及把數(shù)據(jù)通過天線以電磁波的形勢(shì)發(fā)送給中央節(jié)點(diǎn)的作用。2.6.4 zigbee無線傳輸模塊作用：通過硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)傳輸模塊與上位機(jī)通信的全過程。經(jīng)調(diào)試，系統(tǒng)運(yùn)行良好。實(shí)踐證明，基于zigbee無線傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)無線數(shù)據(jù)傳輸模塊來傳輸數(shù)據(jù)具有耗資少、安全性高、靈活性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，值得推廣和應(yīng)用。2.7 窗簾 智能窗簾有如下

8、特點(diǎn)： 無線密碼遙控 半自動(dòng)手動(dòng)控制 環(huán)境亮度控制 時(shí)間自動(dòng)控制 電機(jī)工作鳴響提示和整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 標(biāo)準(zhǔn)功能設(shè)計(jì)兩個(gè)協(xié)調(diào)器觸摸屏控制窗簾是在集成芯片的觸摸屏上設(shè)置按鍵，通過CC2420模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，然后通過兩個(gè)協(xié)調(diào)器采集和發(fā)送數(shù)據(jù)，E-WS-EC模塊判斷是否接收到控制命令，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控智能窗簾的運(yùn)行。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件框圖如下3-1-1所示：圖3-1-1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件框圖3.1.1、實(shí)現(xiàn)的功能 通過點(diǎn)擊EL-IOT-II試驗(yàn)箱部分的觸摸屏上ElectricCurtain按鈕進(jìn)入窗簾控制界面。 點(diǎn)擊“open”按鈕，窗簾打開并持續(xù)動(dòng)作； 點(diǎn)擊“stop”按鈕，窗簾停止動(dòng)作；

9、點(diǎn)擊“close”按鈕，窗簾關(guān)閉并持續(xù)動(dòng)作；功能框圖如下3-1-2所示： 圖3-1-2 功能框圖3.1.2、程序的流程（主要實(shí)現(xiàn)功能的程序）CircularButton(g_sCloseBtn, &g_sECPanel, 0, 0, &g_sKitronix320x240x16_SSD2119, 240, 72, 20, PB_STYLE_FILL, ClrDarkBlue, ClrDarkGreen, 0, ClrWhite, &g_sFontCm12, CLOSE, 0, 0, 0, 0, onCloseBtn);CircularButton(g_sStopBtn, &g_sECPanel

10、, &g_sCloseBtn, 0, &g_sKitronix320x240x16_SSD2119, 160, 72, 20, PB_STYLE_FILL, ClrDarkBlue, ClrDarkGreen, 0, ClrWhite, &g_sFontCm12, STOP, 0, 0, 0, 0, onOpenBtn);CircularButton(g_sOpenBtn, &g_sECPanel, &g_sStopBtn, 0, &g_sKitronix320x240x16_SSD2119, 80, 72, 20, PB_STYLE_FILL, ClrDarkBlue, ClrDarkGre

11、en, 0, ClrWhite, &g_sFontCm12, OPEN, 0, 0, 0, 0, onStopBtn);/the ElectricCurtain panelCanvas(g_sECPanel, 0, 0, &g_sOpenBtn, &g_sKitronix320x240x16_SSD2119, 0, 32, 320, 208, CANVAS_STYLE_FILL, ClrBlack, 0, 0, 0, 0, 0, 0);3.1.3、原理 協(xié)調(diào)器發(fā)送信號(hào)給窗簾控制模塊，模塊發(fā)送給窗簾，觸發(fā)了user.c函數(shù)，這個(gè)函數(shù)觸發(fā)了控制信號(hào)。從而實(shí)現(xiàn)窗簾的智能控制。3.2 擴(kuò)展功能設(shè)計(jì)3.

12、2.1 對(duì)按鈕名稱、顏色、大小、位置等的修改u 實(shí)現(xiàn)此功能的主要程序如下圖3-2-1 圖3-2-1u 實(shí)現(xiàn)此功能的功能圖如下圖3-2-2： 按鈕名稱變化 按鈕顏色變化 按鈕大小變化 按鈕位置變化圖3-2-23.2.2stop與open的功能互換u 實(shí)現(xiàn)此功能的改寫程序如下圖3-2-3： 圖3-2-3：stop與open互換功能實(shí)現(xiàn)的程序圖u 實(shí)現(xiàn)此功能的功能圖如下圖3-2-4：圖3-2-4：實(shí)現(xiàn)open與stop功能換的功能圖（此圖是實(shí)現(xiàn)過stop與open功能互換后實(shí)現(xiàn)的按鈕顏色的變換功能。）3.2.3、控制界面控制按鈕增加u 實(shí)現(xiàn)此功能的需改寫4部分程序部分如下圖3-2-5：圖3-2-5(

13、a)圖3-2-5(b)圖3-2-5(c)圖3-2-5（d）注：以上4個(gè)圖是圖3-2-5：控制界面控制按鈕的增加程序u 實(shí)現(xiàn)此功能的功能圖如下圖3-2-6：圖3-2-6：控制界面按鈕的增加功能圖（此圖是在實(shí)現(xiàn)3.2.2與3.2.3功能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的功能圖） 第四章 系統(tǒng)測(cè)試 4.1測(cè)試步驟1) 安裝流明若瑞驅(qū)動(dòng)庫(kù)在安裝好EWARM集成開發(fā)環(huán)境后，就可在該環(huán)境下新建工程了。但在新建工程之前，為了使以后的工程更便于管理、工程中的設(shè)置更加簡(jiǎn)單化，在這里就需要一些準(zhǔn)備工作，將某些文件拷貝到指定路徑下，具體的操作方式將在隨后介紹。至于為什么要這樣做，在工程的設(shè)置時(shí)就會(huì)體會(huì)出其優(yōu)越性。注意：本文是以32K的

14、試用版為例作講解。如果用正式版可以參照本文進(jìn)行設(shè)置。2) 打開工程文件ModelControlIOTIOT.uvproj.下載至EL-IOT-II試驗(yàn)的協(xié)調(diào)器，復(fù)位，觸摸屏上將顯示IOT-ModelControl界面。3) 打開工程文件ModelControlElectricCurtainElectricCurtain.Uvproj.下載至EL-IOTM板卡，復(fù)位。4) 將兩塊CC2420模塊分別插到EL-IOT-II試驗(yàn)箱和EL-IOTM板卡的相應(yīng)位置。5) 將E-WS-EC模塊插到EL-IOTM板卡的相應(yīng)位置；6) 將窗簾電機(jī)插座插到電源座上，通電；復(fù)位實(shí)驗(yàn)箱和板卡，點(diǎn)擊觸摸屏上的“Ele

15、ctricCurtain”按鈕進(jìn)入窗簾控制界面，如下圖4-1-1和4-1-4所示；點(diǎn)擊“open”按鈕，窗簾打開并持續(xù)動(dòng)作；點(diǎn)擊“stop”按鈕，窗簾停止動(dòng)作；點(diǎn)擊“close”按鈕，窗簾關(guān)閉并持續(xù)動(dòng)作；同時(shí)觸摸屏上顯示控制信息當(dāng)E-WS-EC模塊收到控制命令后會(huì)返回狀態(tài)信息，協(xié)調(diào)器指示燈會(huì)閃爍；當(dāng)E-WS-EC模塊收不到控制命令，則不會(huì)返回狀態(tài)信息，協(xié)調(diào)器指示燈不會(huì)閃爍。同時(shí)觸摸屏上顯示“Communication failed!”; 圖4-1-1 圖4-2-24.2測(cè)試結(jié)果點(diǎn)擊觸摸屏上的“ElectricCurtain”按鈕進(jìn)入窗簾控制界面，當(dāng)點(diǎn)擊“open”按鈕，窗簾打開并持續(xù)動(dòng)作；當(dāng)點(diǎn)

16、擊“stop”按鈕，窗簾停止動(dòng)作；當(dāng)點(diǎn)擊“close”按鈕，窗簾關(guān)閉并持續(xù)動(dòng)作；同時(shí)觸摸屏上顯示控制信息當(dāng)E-WS-EC模塊收到控制命令后會(huì)返回狀態(tài)信息，協(xié)調(diào)器指示燈會(huì)閃爍；當(dāng)E-WS-EC模塊收不到控制命令，則不會(huì)返回狀態(tài)信息，協(xié)調(diào)器指示燈不會(huì)閃爍。觸摸屏上顯示“Communication failed測(cè)試結(jié)果的其中一種如下圖4-2所示：圖4-2：close功能框圖注：點(diǎn)擊后窗簾將停止動(dòng)作并相應(yīng)顯示“The curtain is closing!”總結(jié)該基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能模塊包括：Humidifier、Fan、Lamp、ElectricCurtain、DoorLock5個(gè)

17、基本主要功能模塊，其中ElectricCurtain這一功能模塊包含窗簾控制模塊，其中可以實(shí)現(xiàn)“open”、“stop”、“close”等基本的窗簾控制功能。由于此系統(tǒng)的工作原理是協(xié)調(diào)器發(fā)送信號(hào)給窗簾控制模塊，模塊發(fā)送給窗簾，觸發(fā)了user.c函數(shù)，這個(gè)函數(shù)觸發(fā)了控制信號(hào)。從而實(shí)現(xiàn)窗簾的智能控制。通過對(duì)user.c函數(shù)的理解，我又再此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了“stop與open的功能互換”、“ 控制界面控制按鈕顏色的變換”、“控制界面控制按鈕增加”等擴(kuò)展功能的實(shí)現(xiàn)。使我對(duì)編程又有了進(jìn)一步的熟悉。對(duì)物聯(lián)網(wǎng)有了更進(jìn)一步深入的熟悉與了解。書到用時(shí)方恨少，此次實(shí)訓(xùn)是最綜合的一次實(shí)訓(xùn)，也是最不順利的一次，更是最嚴(yán)格的一位導(dǎo)師帶的，整個(gè)過程有種挫折重重的感覺。不過最