基于Web和GPRS的智能窗簾的研發(fā)詳解

1、附件 1 項目編號： 電氣與信息工程學院 大學生科技創(chuàng)新活動計劃項目 創(chuàng)新項目名稱： 基于 Web和 GPRS的智能窗簾的研發(fā) 創(chuàng)新項目負責人： 王玉超 班級名稱： 13 電氣工程及其自動化（ 1 ） 申報日期： 2015.5.15 項 目 類 別 ： 個人項目 團隊項目 、項目簡介 項 目 概 況 項目名稱 基于 Web和 GPRS的智能窗簾的研發(fā) 項目性質(zhì) （ ）基礎研究 （）應用基礎研究 項目來源 （ ）自主立題 （ ）教師指導選題 起止時間 自 2015 年 6 月 至 2016 年 6 月 項目狀況 1. 研發(fā)階段 2. 中試階段 3. 批量（規(guī)模）生產(chǎn)（選項打） 申 請 人 姓名

2、王玉超 性 別 男 出生 年月 1995.12 入學 2013.09 年月 所在 班級 13 電氣工程及 其自動化 1 班 聯(lián)系 電話電子 信箱 項目組主 要成員 姓名 年齡 性別 專業(yè) 具體分工 周昌儀 20 男 13 自動化 模型設計與運用 陳金晨 20 男 14 物聯(lián)網(wǎng) 材料選擇及構(gòu)思 項目 指導 教師 姓名 陳佳泉 性 別 男 出生年月 1970.01 主要研究方向 計算機控制 近三年獲獎成果：國家級獎項 8 項，省部級獎項 _ 9_ 項 近三年科研經(jīng)費 12 萬元，年均 4 萬元 本項目作為國家級大學生創(chuàng)新項目 基于 Web和 GPRS的智能家 居遠程監(jiān)控系

3、統(tǒng)的研發(fā)的一個子項目，項目旨在研究與設計一款手 持智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)。 本項目基于核心控制器 ARM9-S3C2440為A 開發(fā)平臺，由微處理器 模塊、光線感應模塊、用戶按鍵選擇模塊、信息 LED 顯示模塊、步進 電機驅(qū)動模塊六部分組成， 使窗簾在自動模式下通過網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡 進行交互，根據(jù)光線自動調(diào)整窗簾的開放與閉合，保護住戶的隱私以 及遮蔽陽光，以及確保環(huán)境的舒適性。具有操作簡單、成本低、功能 強大、系統(tǒng)穩(wěn)定性好等優(yōu)點，具有很強的實用性和推廣意義。 、項目的研究目的及意義 1申請項目的必要性、目的及意義 申請項目必要性 隨著工業(yè)自動化和控制系統(tǒng)信息化的快速發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化 管理和

4、服務開始廣泛應用于人們的工作和生活中。其中智能家居作為物聯(lián)網(wǎng) 重要的組成部分之一，同時也是最貼近民生生活的一個領域。國家政策的支 持極大地促進了智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使智能家居行業(yè)具有廣闊的發(fā)展前 景。然而在智能家居行業(yè)存在標準不統(tǒng)一，各大智能家居公司采取單獨和房 地產(chǎn)商合作進行開發(fā)，致使成本高、功能單一、產(chǎn)品之間兼容性差等缺點。 申請項目目的 基于上述背景下我們團隊提出了創(chuàng)新的設計理念，采用SAMSUNG的 S3C2440處理器和嵌入式 linux 系統(tǒng)為平臺，通過 Zigbee 組建家庭內(nèi)部無線 網(wǎng)絡，然后通過網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡進行交互，實現(xiàn)遠程監(jiān)控，具有操作簡單、 成本低、功能強大、系統(tǒng)穩(wěn)定性

5、好等優(yōu)點，具有很強的實用性和推廣意義。 申請項目意義 本項目作為其子項目，主要研發(fā)智能窗簾這一系統(tǒng)模塊的開發(fā)，窗簾 在每個家庭生活是必備的，其基本功能是保護住戶的隱私以及遮蔽陽光等。 所以窗簾的便利性自然也受到家庭的關(guān)注。但傳統(tǒng)的窗簾絕大部分是用手去 開關(guān)，每天開關(guān)不僅不省力， 而且還可能錯過最佳光照時間， 尤其是大窗簾， 比較重，而且長，在開閉時需要費很大力氣才能開關(guān)窗簾，特別不方便；研 發(fā)新型的智能窗簾控制器能夠使家居窗簾系統(tǒng)更具可控性，使得家居環(huán)境更 加舒適。系統(tǒng)實現(xiàn)對于居室內(nèi)窗簾的自動控制，根據(jù)溫濕度自行調(diào)節(jié)窗簾的 開關(guān)，光照強度強時，窗簾關(guān)起，反之，濕度低時，窗簾關(guān)起，反之開啟， 并

6、完成了智能窗簾節(jié)點與 ZigBee 智能網(wǎng)關(guān)的通信，可以通過接受用戶和智 能網(wǎng)關(guān)的指令進行調(diào)節(jié)，有效通信距離可以達到 50 米以上。 該項目的完成，能為國家項目提供技術(shù)支持，且具有很強的實用性，很 容易運用到現(xiàn)在已有的窗簾家居上面，是一種具有很強的推廣性的創(chuàng)新產(chǎn) 品。 2項目的背景、主要內(nèi)容、技術(shù)水平及應用范圍 項目的背景 ： 雖然現(xiàn)在的智能家居前景很廣闊， 但是因為各種原因?qū)е轮悄芗揖邮袌?成為一塊只能看不能吃的蛋糕。基于市場發(fā)展的需求我們研發(fā)提出了“基于 Web和 GPRS的智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)” 以適應市場， 幫助智能家居行業(yè)打開 市場。 為整個系統(tǒng)提供技術(shù)支持，有必要在智能窗簾方面進行

7、智能系統(tǒng)的研 發(fā)。 主要內(nèi)容： 一、系統(tǒng)硬件電路設計 智能窗簾控制系統(tǒng)主要由微處理器模塊、光線感應模塊、用戶按鍵選擇 模塊、信息 LED 顯示模塊、步進電機驅(qū)動模塊六部分組成。 其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。 圖 1 系統(tǒng)原理圖 通過 ZigBee 網(wǎng)絡，用戶可以用按鍵對居室內(nèi)的所有窗簾進行集中管 理和控制。當系統(tǒng)沒有接收到到用戶的指令，處于默認工作狀態(tài)時，系統(tǒng)實 現(xiàn)對于居室內(nèi)窗簾的自動控制，根據(jù)溫濕度自行調(diào)節(jié)窗簾的開關(guān)，光照強度 強時，窗簾關(guān)起，反之，濕度低時，窗簾關(guān)起，反之開啟，并完成了智能窗 簾節(jié)點與 ZigBee 智能網(wǎng)關(guān)的通信，可以通過接受用戶和智能網(wǎng)關(guān)的 指令進行調(diào)節(jié)，完成窗簾的開放與

8、閉合，保障居室的舒適度。 、系統(tǒng)硬件設計 2.1 微控制器模塊 本文采用了 TI 公司的 CC2530 芯片作為核心處理器模塊。 CC2530 芯片 釆用的是 2.4 GHz 的 SOC 片上系統(tǒng)，建立在基于標準協(xié)議的 IEEE802.15.4 之上的 ZigBee 協(xié)議棧 Z-Stack 。Z-Stack 采用模塊化設計方法，是基于 ZigBee 規(guī)范中的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)進行設計的，這樣防止用戶對協(xié)議找的關(guān)鍵部 分誤改的可能性， 也避免了用戶在開發(fā)過程中浪費大量時間去讀一些與應用 實現(xiàn)無關(guān)的代碼，在一定程度上加速了應用程序的開發(fā)。它可以建立強大的 網(wǎng)絡節(jié)點，并且成本非常低。 CC2530 結(jié)合了

9、RF 收發(fā)器的許多優(yōu)良性能， 具 有業(yè)界標準的增強型 8051CPU，以及系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存， 8kBRAM和 許多其它 強大的功能。因為 CC2530 共有四種不同的閃存版本，并具有不同的運行模 式，所以它尤其適應超低功耗要求的系統(tǒng)，而且運行模式之間的轉(zhuǎn)換時間短 的特點進一步確保了非常的低能源消耗 CC2530 非常適用于智能窗簾控制系 統(tǒng)，該微控制器模塊是整個系統(tǒng)的核心部分，完成對各個模塊的控制以及協(xié) 調(diào)整個系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，同時也是組建智能家居內(nèi)部網(wǎng)絡的關(guān)鍵。 微處理器模塊基本電路如圖 2 所示。 圖2 微處理器模塊 2.2 光線感應模塊 光敏二極管接口電路， 主要由光敏二極管和 PCF85

10、91 組成，PCF8591 主 要由總線接口電路、寄存器、邏輯控制電路、比較器和驅(qū)動電路等幾部分組 成。光敏二極管將光信號轉(zhuǎn)換為模擬電信號輸入到芯片 PCF8591 進行模數(shù)轉(zhuǎn) 換，通過 PCF8591 內(nèi)部 I2C 總線，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號通過函數(shù)轉(zhuǎn)換得到 能代表光強度的量，由 PCF8591 的第 15 腳送出，通過總線送到 CC2530 控 制電機正反轉(zhuǎn)，達到對窗簾的開關(guān)控制。 光敏二極管接口電路如圖 3 所示。 圖 3 光敏感應模塊 三、系統(tǒng)軟件設計 在系統(tǒng)程序設計中采用了 ADS( ARMDeveloper-Suite ) 軟件編程環(huán)境， CC2530 微控制器模塊主要完成對控制信號

11、的接受與任務的執(zhí)行，并完成了 與 ZigBee 智能網(wǎng)關(guān)進行通信的功能。當程序初始化后進行對控制信號的檢 測，執(zhí)行用戶發(fā)來的命令，驅(qū)動電機正反轉(zhuǎn)進行窗簾的開關(guān)控制。若沒有檢 測到用戶或者來自智能網(wǎng)管的信號，則進入自動模式，根據(jù)光線自動調(diào)整窗 簾的開放與閉合，確保環(huán)境的舒適性。 程序流程如圖 4 所示 圖4 程序流程圖 技術(shù)水平 申請者為電氣工程及其自動化專業(yè) 13 級本科生組成，該成員對電子制 作，軟件的編寫有濃厚的興趣， 并且學習了數(shù)字電子技術(shù)、 C 語言程序設計、 嵌入式系統(tǒng)、單片機程序設計等相關(guān)課程，基礎扎實；項目成員參與了指導 教師的科研項目，企業(yè)橫向項目，同時參加過全國大學生科技創(chuàng)新

12、項目、浙 江省大學生科技創(chuàng)新項目、衢州學院科技創(chuàng)新項目等，具有良好的科研能力 及一定的設計開發(fā)能力。 應用范圍 適合現(xiàn)代于智能家居，作為新型的窗簾打入市場，實用于大部分家 庭，學校，工廠等設施。 3實施該項目所具備的基礎、優(yōu)勢和風險 項目所具備的基礎 學院擁有電子實驗室， 學生電子創(chuàng)新實驗室等良好的開發(fā)環(huán)境， 通過對 需求的分析，設計出系統(tǒng)模型圖， 并購買相關(guān)的電子器件， 設計出系統(tǒng)模型。 本項目的成員組都擅長電子設計，擁有經(jīng)驗豐富的指導教師，并邀請了電氣 與信息工程學院的相關(guān)老師，與此專業(yè)相關(guān)的學生一起研究。為項目的正常 實施具有良好的實施基礎。鑒于我們已經(jīng)完成模電、數(shù)電、單片機等相關(guān)課 程

13、，具有很好的動手能力和程序模型設計能力，所以我們完全有能力做到基 于這些技術(shù)的這個系統(tǒng)。 項目的優(yōu)勢和風險 此項目的優(yōu)勢就是針對性強并且具有很高的實用性。已經(jīng)完成模電、數(shù) 電課程，自學單片機課程，較強模型設計、程序設計、電機理論知識以及數(shù) 據(jù)處理分析能力。 項目實施的風險是系統(tǒng)在安裝好之后可能會遭到人為的或非人為的損 壞，所以質(zhì)量方面需要有保障，且傳感器模塊準確性需要在程序上下很大功 夫，以便提供一個良好的家庭環(huán)境。 4項目計劃目標 （1）實現(xiàn)智能窗簾系統(tǒng)的開發(fā)，爭取形成產(chǎn)品并推廣。 （2）嘗試添加溫濕度傳感器，使產(chǎn)品更智能化。 （3）在衢州市居民區(qū)試用。 （ 4）運用于國家級項目當中。 （5

14、）發(fā)表一篇科技論文； 四、預期成果、知識產(chǎn)權(quán)形成及經(jīng)濟、社會效益分析 1. 項目的預期成果及知識產(chǎn)權(quán)歸屬情況 項目的預期成果 ： 系統(tǒng)實現(xiàn)對于居室內(nèi)窗簾的自動控制， 根據(jù)溫濕度自行調(diào)節(jié)窗簾的開關(guān)， 光照強度強時，窗簾關(guān)起，反之，濕度低時，窗簾關(guān)起，反之開啟，并完成 了智能窗簾節(jié)點與 ZigBee 智能網(wǎng)關(guān)的通信，可以通過接受用戶和智能網(wǎng)關(guān)的 指令進行調(diào)節(jié)，有效通信距離可以達到 50 米以上。 知識產(chǎn)權(quán)歸屬情況 ： 項目落成之后將公開發(fā)表一篇論文，可以公開引用，知識產(chǎn)權(quán)歸屬項目 組主要成員和指導老師，可以給他人參考。 2. 項目的市場前景分析 本產(chǎn)品方便實用，可用于家庭、學校、工廠等具有窗戶的設

15、施，極大地 節(jié)省了人力， 作為遠程控制的子模塊， 用于國家級創(chuàng)新項目系統(tǒng)。 價格便宜， 智能實用，市場前景廣闊，利潤可觀。 3. 項目的盈利能力分析及財務預算 由于基于此系統(tǒng)的產(chǎn)品制造成本低，且作為新型智能化家居產(chǎn)品，市場 需求空間極大，具有明顯的盈利的空間，具有較大的推廣空間和應用群體。 項目經(jīng)費 經(jīng)費理由 經(jīng)費數(shù)額（元） 1. 系統(tǒng)設計費 走訪企業(yè)技術(shù)支持 400 2. 材料費 相關(guān)硬件設備 800 3. 資料費 參考技術(shù)手冊等 100 4. 系統(tǒng)推廣費 產(chǎn)品完善及推廣宣傳 200 合計 1500 4. 項目的社會效益分析 由于這個系統(tǒng)相對傳統(tǒng)的管理系統(tǒng)有非常明顯的科技優(yōu)勢，我們有足夠 的信心推廣我們的科技成果，本產(chǎn)品方便實用，可用于家庭、學校、工廠等 具有窗戶的設施，極大地節(jié)省了人力，作為遠程控制的子模塊，為整個智能 化家居系統(tǒng)做出了貢獻。 五、項目實施進度方案 項目具體實施進度如下： 各子項目名稱 計劃進度計劃時間 考核指標 調(diào)研活動 2015.05 2015.06 整理需求報告 架構(gòu)分析 2015.07 2015.08 完成系統(tǒng)功能分析 系統(tǒng)設計 2015.08 2015.09 完成系統(tǒng)設計藍圖 科研論文 2015.09 2015.10 科研論文撰稿與發(fā)表 系統(tǒng)功能的測試 2015.10 2015.11 完成智能窗簾系統(tǒng) 文檔整理 項目