基于嵌入式平臺的智能窗簾開發

劉甲麗 杜選 陳立江 尹海楠 郭棟 吳昊

摘要：隨著物聯網的發展，人們對智能家居有著越來越高的要求，智能窗簾在其中有著不可或缺的重要性。不僅要具有遮光作用和美化功能，更要具備方便智能的使用功能。系統基于智云物聯平臺設計，選取嵌入式微處理器，通過光敏無線傳感器采集光強值、步進電機控制窗簾的升降，同時采用了ZigBee搭建無線網絡通信技術。數據采集以CC2530作為底層硬件平臺，實時采集光線強度。智能窗簾可通過自動、手動、語音三種方式控制窗簾的升降及打開、閉合程度，給人們帶來更加便捷舒適的生活環境。

關鍵詞：物聯網；嵌入式；智能窗簾；ZigBee；CC2530

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：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

隨著中國經濟的快速發展，各種智能家居百花齊放，智能窗簾的研發也開始進入了人們的視線。窗簾所具有的最基本的功能便是調節室內光線和遮陽隔熱，隨著窗簾的不斷發展，它已經成為了在居室里不可缺少的、功能性和裝飾性完美結合的室內裝飾品。目前普通的窗簾已經不能再滿足當代人的需要，人們在追求美的同時也在不斷地追求舒適、便捷與安全。

智能窗簾是帶有一定自我反應、調節、控制功能的電動窗簾。可根據室內的環境狀況自動調空氣濕度、光線強度、平衡室溫等，有智能雨控、智能光控、智能風控三大突出的特點。根據光敏傳感器采集到的光照強度自動對窗簾的開關進行控制，實現能通過web方式或手機APP進行控制[1]。

近年來，智能家居系統受到越來越多人的推崇，國內的智能家居行業標準隨著國家相關規定及標準的逐漸建立，智能家居已成為目前業界最具前景的領域。

2 需求分析

本項目設計了一款智能窗簾，用戶可以根據自己的需要來控制窗簾。用戶可以通過自動、手動、語音三種方式控制窗簾的升降，若設為自動控制，窗簾能夠自動感應采集周圍環境的光照強度，并根據采集到的光照強度值控制窗簾的升降，若為手動方式，可通過手機APP或web瀏覽器遠程控制窗簾的升降，若為語音控制，可通過識別用戶的語音指令控制窗簾的升降。該系統基于智云物聯平臺設計，通過無線光敏傳感器采用光強值，通過步進電機控制窗簾的升降，底層采用的是單片機cc2530，同時采用了ZigBee無線網絡通信技術。客戶通過web或android手機App對窗簾進行控制。

智能窗簾系統可以實現如下功能：

1）實時數據采集功能： 實時顯示光敏傳感器所在位置的光照強度值；

2）執行控制功能：點擊打開按鈕，開啟步進電機； 點擊關閉按鈕，關閉步進電機；

3） 聯動控制功能：當光強值超過設定的閾值時，自動關閉步進電機；當光強值在設定的閾值內時，自動開啟步進電機；

4）語音控制功能：使用現有的語音識別技術WEGASUN-M6語音識別模塊，通過語音指令的輸入，實現對窗簾的自動開關和指定打開程度的控制。

3 系統設計

3.1系統總體結構設計

智能窗簾系統的總體設計思路是利用光敏傳感器采集環境光照強度、采用語音識別傳感器采集語音信號、步進電機對窗簾進行升降控制，將上述三種無線傳感器通過zigbee無線網絡與協調器節點通信，協調器節點通過串口與家居網關通信，家居網關通過wifi接入互聯網，在手機上運行App對智能窗簾進行控制。

3.2 傳感器硬件驅動設計

3.2.1 Zigbee節點電路

Zigbee節點硬件電路采用TI公司的CC2530F256芯片實現無線通信方案。CC2530 是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 應用的一個真正的片上系統（SoC）解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強大的網絡節點。CC2530 結合了領先的RF 收發器的優良性能，業界標準的增強型8051 CPU，系統內可編程閃存，8-KB RAM 和許多其他強大的功能。CC2530 具有不同的運行模式，使得它尤其適應超低功耗要求的系統[2]。運行模式之間的轉換時間短進一步確保了低能源消耗。CC2530F256 結合了德州儀器的業界領先的黃金單元ZigBee協議棧（Z-Stack?），提供了一個強大和完整的ZigBee 解決方案。CC2530系統硬件電路包括穩壓電源、時鐘電路、復位電路等。

3.2.2 光敏傳感器

窗簾自動控制系統的光控功能可根據光照的強弱來自動控制窗簾的開閉，因此需要用到光照傳感元器件。

光敏傳感器是一種利用光敏元件將光信號轉換為電信號的傳感器，它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。光傳感器不只局限于對光的探測，還可以作為探測元件組成其他傳感器，對許多非電量進行檢測，只要將這些非電量轉換為光信號的變化即可[3]。

光敏傳感器屬于采集類傳感器，驅動程序邏輯如圖2所示：

光敏傳感器屬于定時采集類傳感器，設定每隔30s主動上報傳感器數值。

3.2.3 步進電機

步進電機是一個將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制電機，是現代數字程序控制系統中的主要執行元件。步進電機是一種感應電機，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進電機供電，步進電機才能正常工作，驅動器就是為步進電機分時供電的，多相時序控制器[4]。

步進電機傳感器屬于控制類傳感器，設定每隔30s主動上報傳感器數值。進電機傳感器ZXBee HAL函數如表1所示：

4 運行結果

1）根據實際硬件平臺設置傳感器節點的IEEE地址及智云ID/KEY

2）編譯SmartCurtain工程，并安裝應用程序到Android智能手機中

3）設置Android終端設備接入到互聯網或者與智云網關設備在同一個局域網內。進入智能窗簾系統主界面，在主界面彈出“連接網關成功”消息后即表示連接到智云服務中心

4）連接網關成功后會發送查詢光強值的命令并將光強值在左側顯示出來，用戶可選擇自動、手動或語音控制模式來控制電機的開關，系統默認選中手動模式，如圖3所示：

5）選擇自動控制，系統默認的初始閥值為200，用戶也可以調節光強閥值

5 總結

基于嵌入式平臺[5]和ZigBee技術設計開發智能窗簾，其中光敏電阻傳送信號、步進電機作為執行元件、cc2530單片機作為主要的控制元器件。應用cc2530單片機的優勢減少了硬件的復雜性，光敏電阻接收外界光照信號，經過A＼D轉換后，傳送給單片機一個電信號，單片機經過處理后，控制步進電機做出相應的動作，以控制窗簾的開閉。光敏電阻的良好感光性以及步進電機的結構簡單，控制方便的優點使窗簾控制開關更加穩定。通過自動、手動、語音三種方式控制窗簾。客戶端通過web或Android智能手機app對窗簾進行控制，方便操控。

參考文獻：

[1] 劉金金.基于智云平臺的農業光強監測平臺的設計與實現[J].中原工學院學報，2017，28（2）.

[2] 諶容，胡澤，張扯拉，汪維. 基于單片機控制的智能光控窗簾系統研究[J].電子世界，2013（09）.

[3] 楊東，軒克輝，董雪峰. 光敏電阻的特性及應用研究[J].山東輕工業學院（自然科學版），2013（02）.

[4] 熊超美.步進電機的單片機控制硬件系統設計[J].湖南有色金屬，2011（02）.

[5] 張思民.嵌入式系統設計與應用[M].北京：清華大學出版社，2008.

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