基于Web和GPRS的智能窗帘的研发详解

1、附件 1 项目编号： 电气与信息工程学院 大学生科技创新活动计划项目 创新项目名称： 基于 Web和 GPRS的智能窗帘的研发 创新项目负责人： 王玉超 班级名称： 13 电气工程及其自动化（ 1 ） 申报日期： 2015.5.15 项 目 类 别 ： 个人项目 团队项目 、项目简介 项 目 概 况 项目名称 基于 Web和 GPRS的智能窗帘的研发 项目性质 （ ）基础研究 （）应用基础研究 项目来源 （ ）自主立题 （ ）教师指导选题 起止时间 自 2015 年 6 月 至 2016 年 6 月 项目状况 1. 研发阶段 2. 中试阶段 3. 批量（规模）生产（选项打） 申 请 人 姓名

2、王玉超 性 别 男 出生 年月 1995.12 入学 2013.09 年月 所在 班级 13 电气工程及 其自动化 1 班 联系 电话电子 信箱 项目组主 要成员 姓名 年龄 性别 专业 具体分工 周昌仪 20 男 13 自动化 模型设计与运用 陈金晨 20 男 14 物联网 材料选择及构思 项目 指导 教师 姓名 陈佳泉 性 别 男 出生年月 1970.01 主要研究方向 计算机控制 近三年获奖成果：国家级奖项 8 项，省部级奖项 _ 9_ 项 近三年科研经费 12 万元，年均 4 万元 本项目作为国家级大学生创新项目 基于 Web和 GPRS的智能家 居远程监控系

3、统的研发的一个子项目，项目旨在研究与设计一款手 持智能家居远程监控系统。 本项目基于核心控制器 ARM9-S3C2440为A 开发平台，由微处理器 模块、光线感应模块、用户按键选择模块、信息 LED 显示模块、步进 电机驱动模块六部分组成， 使窗帘在自动模式下通过网关与外部网络 进行交互，根据光线自动调整窗帘的开放与闭合，保护住户的隐私以 及遮蔽阳光，以及确保环境的舒适性。具有操作简单、成本低、功能 强大、系统稳定性好等优点，具有很强的实用性和推广意义。 、项目的研究目的及意义 1申请项目的必要性、目的及意义 申请项目必要性 随着工业自动化和控制系统信息化的快速发展，基于物联网的智能化 管理和

4、服务开始广泛应用于人们的工作和生活中。其中智能家居作为物联网 重要的组成部分之一，同时也是最贴近民生生活的一个领域。国家政策的支 持极大地促进了智能家居产业的发展，使智能家居行业具有广阔的发展前 景。然而在智能家居行业存在标准不统一，各大智能家居公司采取单独和房 地产商合作进行开发，致使成本高、功能单一、产品之间兼容性差等缺点。 申请项目目的 基于上述背景下我们团队提出了创新的设计理念，采用SAMSUNG的 S3C2440处理器和嵌入式 linux 系统为平台，通过 Zigbee 组建家庭内部无线 网络，然后通过网关与外部网络进行交互，实现远程监控，具有操作简单、 成本低、功能强大、系统稳定性

5、好等优点，具有很强的实用性和推广意义。 申请项目意义 本项目作为其子项目，主要研发智能窗帘这一系统模块的开发，窗帘 在每个家庭生活是必备的，其基本功能是保护住户的隐私以及遮蔽阳光等。 所以窗帘的便利性自然也受到家庭的关注。但传统的窗帘绝大部分是用手去 开关，每天开关不仅不省力， 而且还可能错过最佳光照时间， 尤其是大窗帘， 比较重，而且长，在开闭时需要费很大力气才能开关窗帘，特别不方便；研 发新型的智能窗帘控制器能够使家居窗帘系统更具可控性，使得家居环境更 加舒适。系统实现对于居室内窗帘的自动控制，根据温湿度自行调节窗帘的 开关，光照强度强时，窗帘关起，反之，湿度低时，窗帘关起，反之开启， 并

6、完成了智能窗帘节点与 ZigBee 智能网关的通信，可以通过接受用户和智 能网关的指令进行调节，有效通信距离可以达到 50 米以上。 该项目的完成，能为国家项目提供技术支持，且具有很强的实用性，很 容易运用到现在已有的窗帘家居上面，是一种具有很强的推广性的创新产 品。 2项目的背景、主要内容、技术水平及应用范围 项目的背景 ： 虽然现在的智能家居前景很广阔， 但是因为各种原因导致智能家居市场 成为一块只能看不能吃的蛋糕。基于市场发展的需求我们研发提出了“基于 Web和 GPRS的智能家居远程监控系统” 以适应市场， 帮助智能家居行业打开 市场。 为整个系统提供技术支持，有必要在智能窗帘方面进行

7、智能系统的研 发。 主要内容： 一、系统硬件电路设计 智能窗帘控制系统主要由微处理器模块、光线感应模块、用户按键选择 模块、信息 LED 显示模块、步进电机驱动模块六部分组成。 其系统结构如图 1 所示。 图 1 系统原理图 通过 ZigBee 网络，用户可以用按键对居室内的所有窗帘进行集中管 理和控制。当系统没有接收到到用户的指令，处于默认工作状态时，系统实 现对于居室内窗帘的自动控制，根据温湿度自行调节窗帘的开关，光照强度 强时，窗帘关起，反之，湿度低时，窗帘关起，反之开启，并完成了智能窗 帘节点与 ZigBee 智能网关的通信，可以通过接受用户和智能网关的 指令进行调节，完成窗帘的开放与

8、闭合，保障居室的舒适度。 、系统硬件设计 2.1 微控制器模块 本文采用了 TI 公司的 CC2530 芯片作为核心处理器模块。 CC2530 芯片 釆用的是 2.4 GHz 的 SOC 片上系统，建立在基于标准协议的 IEEE802.15.4 之上的 ZigBee 协议栈 Z-Stack 。Z-Stack 采用模块化设计方法，是基于 ZigBee 规范中的协议栈结构进行设计的，这样防止用户对协议找的关键部 分误改的可能性， 也避免了用户在开发过程中浪费大量时间去读一些与应用 实现无关的代码，在一定程度上加速了应用程序的开发。它可以建立强大的 网络节点，并且成本非常低。 CC2530 结合了

9、RF 收发器的许多优良性能， 具 有业界标准的增强型 8051CPU，以及系统内可编程闪存， 8kBRAM和 许多其它 强大的功能。因为 CC2530 共有四种不同的闪存版本，并具有不同的运行模 式，所以它尤其适应超低功耗要求的系统，而且运行模式之间的转换时间短 的特点进一步确保了非常的低能源消耗 CC2530 非常适用于智能窗帘控制系 统，该微控制器模块是整个系统的核心部分，完成对各个模块的控制以及协 调整个系统的正常运转，同时也是组建智能家居内部网络的关键。 微处理器模块基本电路如图 2 所示。 图2 微处理器模块 2.2 光线感应模块 光敏二极管接口电路， 主要由光敏二极管和 PCF85

10、91 组成，PCF8591 主 要由总线接口电路、寄存器、逻辑控制电路、比较器和驱动电路等几部分组 成。光敏二极管将光信号转换为模拟电信号输入到芯片 PCF8591 进行模数转 换，通过 PCF8591 内部 I2C 总线，将转换后的数字信号通过函数转换得到 能代表光强度的量，由 PCF8591 的第 15 脚送出，通过总线送到 CC2530 控 制电机正反转，达到对窗帘的开关控制。 光敏二极管接口电路如图 3 所示。 图 3 光敏感应模块 三、系统软件设计 在系统程序设计中采用了 ADS( ARMDeveloper-Suite ) 软件编程环境， CC2530 微控制器模块主要完成对控制信号

11、的接受与任务的执行，并完成了 与 ZigBee 智能网关进行通信的功能。当程序初始化后进行对控制信号的检 测，执行用户发来的命令，驱动电机正反转进行窗帘的开关控制。若没有检 测到用户或者来自智能网管的信号，则进入自动模式，根据光线自动调整窗 帘的开放与闭合，确保环境的舒适性。 程序流程如图 4 所示 图4 程序流程图 技术水平 申请者为电气工程及其自动化专业 13 级本科生组成，该成员对电子制 作，软件的编写有浓厚的兴趣， 并且学习了数字电子技术、 C 语言程序设计、 嵌入式系统、单片机程序设计等相关课程，基础扎实；项目成员参与了指导 教师的科研项目，企业横向项目，同时参加过全国大学生科技创新

12、项目、浙 江省大学生科技创新项目、衢州学院科技创新项目等，具有良好的科研能力 及一定的设计开发能力。 应用范围 适合现代于智能家居，作为新型的窗帘打入市场，实用于大部分家 庭，学校，工厂等设施。 3实施该项目所具备的基础、优势和风险 项目所具备的基础 学院拥有电子实验室， 学生电子创新实验室等良好的开发环境， 通过对 需求的分析，设计出系统模型图， 并购买相关的电子器件， 设计出系统模型。 本项目的成员组都擅长电子设计，拥有经验丰富的指导教师，并邀请了电气 与信息工程学院的相关老师，与此专业相关的学生一起研究。为项目的正常 实施具有良好的实施基础。鉴于我们已经完成模电、数电、单片机等相关课 程

13、，具有很好的动手能力和程序模型设计能力，所以我们完全有能力做到基 于这些技术的这个系统。 项目的优势和风险 此项目的优势就是针对性强并且具有很高的实用性。已经完成模电、数 电课程，自学单片机课程，较强模型设计、程序设计、电机理论知识以及数 据处理分析能力。 项目实施的风险是系统在安装好之后可能会遭到人为的或非人为的损 坏，所以质量方面需要有保障，且传感器模块准确性需要在程序上下很大功 夫，以便提供一个良好的家庭环境。 4项目计划目标 （1）实现智能窗帘系统的开发，争取形成产品并推广。 （2）尝试添加温湿度传感器，使产品更智能化。 （3）在衢州市居民区试用。 （ 4）运用于国家级项目当中。 （5

14、）发表一篇科技论文； 四、预期成果、知识产权形成及经济、社会效益分析 1. 项目的预期成果及知识产权归属情况 项目的预期成果 ： 系统实现对于居室内窗帘的自动控制， 根据温湿度自行调节窗帘的开关， 光照强度强时，窗帘关起，反之，湿度低时，窗帘关起，反之开启，并完成 了智能窗帘节点与 ZigBee 智能网关的通信，可以通过接受用户和智能网关的 指令进行调节，有效通信距离可以达到 50 米以上。 知识产权归属情况 ： 项目落成之后将公开发表一篇论文，可以公开引用，知识产权归属项目 组主要成员和指导老师，可以给他人参考。 2. 项目的市场前景分析 本产品方便实用，可用于家庭、学校、工厂等具有窗户的设

15、施，极大地 节省了人力， 作为远程控制的子模块， 用于国家级创新项目系统。 价格便宜， 智能实用，市场前景广阔，利润可观。 3. 项目的盈利能力分析及财务预算 由于基于此系统的产品制造成本低，且作为新型智能化家居产品，市场 需求空间极大，具有明显的盈利的空间，具有较大的推广空间和应用群体。 项目经费 经费理由 经费数额（元） 1. 系统设计费 走访企业技术支持 400 2. 材料费 相关硬件设备 800 3. 资料费 参考技术手册等 100 4. 系统推广费 产品完善及推广宣传 200 合计 1500 4. 项目的社会效益分析 由于这个系统相对传统的管理系统有非常明显的科技优势，我们有足够 的信心推广我们的科技成果，本产品方便实用，可用于家庭、学校、工厂等 具有窗户的设施，极大地节省了人力，作为远程控制的子模块，为整个智能 化家居系统做出了贡献。 五、项目实施进度方案 项目具体实施进度如下： 各子项目名称 计划进度计划时间 考核指标 调研活动 2015.05 2015.06 整理需求报告 架构分析 2015.07 2015.08 完成系统功能分析 系统设计 2015.08 2015.09 完成系统设计蓝图 科研论文 2015.09 2015.10 科研论文撰稿与发表 系统功能的测试 2015.10 2015.11 完成智能窗帘系统 文档整理 项目