物聯(lián)網(wǎng)智能窗簾設(shè)計(jì)

1、實(shí)習(xí)（實(shí)訓(xùn)）報(bào)告名稱 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2014年11 月24 日至 2014 年11 月 28 日共1 周學(xué)院(部) 電子信息工程學(xué)院 班 級 通信技術(shù) 姓 名 學(xué)院(部)負(fù)責(zé)人 系 主 任 指導(dǎo)教師 實(shí)習(xí)（實(shí)訓(xùn)）任務(wù)書 名 稱：基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)起訖時(shí)間： 2014.11.24-2014.11.28 學(xué)院(部)： 電子信息工程學(xué)院 班級： 通信技術(shù) 指導(dǎo)教師： 學(xué)院(部)負(fù)責(zé)人： 1、 實(shí)習(xí)（實(shí)訓(xùn)）目的和要求目的：（1）了解物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的工作原理； （2）掌握CC2420模塊的收發(fā)原理； （3）了解uCOS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。要求：（1）完成智能窗簾系統(tǒng)的組裝； （2

2、）利用keil軟件完成系統(tǒng)編程 （3）通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)控制智能窗簾系統(tǒng)的運(yùn)行。 2、 實(shí)習(xí)（實(shí)訓(xùn)）內(nèi)容實(shí)訓(xùn)內(nèi)容：（1） 了解物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)，完成基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗簾控制系統(tǒng)的硬件組裝；（2） 掌握uCOS的移植和簡單編程；（3） 掌握cc2420的收發(fā)原理；（4） 利用keil軟件完成控制端和智能窗簾端的編程；（5） 下載軟件到開發(fā)系統(tǒng)板上，調(diào)試程序；（6） 能通過組建的網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程遙控智能窗簾的運(yùn)行。三、實(shí)習(xí)（實(shí)訓(xùn)）方式 集中 分散 校內(nèi) 校外4、 實(shí)習(xí)（實(shí)訓(xùn)）具體安排第一天：布置設(shè)計(jì)任務(wù)及復(fù)習(xí)或?qū)W習(xí)方向；第二天：完成硬件連接，并熟悉軟件，開始程序的編寫；第三天：調(diào)試程序；第四天：記錄實(shí)訓(xùn)結(jié)果，

3、完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告；第五天：上交實(shí)訓(xùn)報(bào)告，并現(xiàn)場演示物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。5、 實(shí)習(xí)（實(shí)訓(xùn)）報(bào)告內(nèi)容（有指導(dǎo)書的可省略）第1章 概述 第2章 系統(tǒng)硬件組成第3章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)第4章 系統(tǒng)測試第5章 總結(jié)第一章 系統(tǒng)概述1.1概述為了滿足智能家居的發(fā)展方向，使用戶充分感受智能家居環(huán)境的便利。智能窗簾是帶有一定自我反應(yīng)、調(diào)節(jié)、控制功能的電動窗簾。如根據(jù)室內(nèi)環(huán)境狀況自動調(diào)光線強(qiáng)度、空氣濕度、平衡室溫等，有智能光控、智能雨控、智能風(fēng)控三大突出的特點(diǎn)。該設(shè)計(jì)是基于現(xiàn)代化生活的高質(zhì)量需求而開發(fā)設(shè)計(jì)，使家用窗簾實(shí)現(xiàn)自動化智能化，使其具備感風(fēng)、感雨、感光的功能，并可隨著外界情況的變化來控制窗簾的閉合，以達(dá)到對家居環(huán)境的保護(hù)。1.

4、2系統(tǒng)名字基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.3系統(tǒng)功能系統(tǒng)可以通過三個按鈕來分別實(shí)現(xiàn)對窗簾的開、關(guān)和停的操作。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 基本原理本次實(shí)訓(xùn)主要是靠無線傳感器來控制，基于zigbee的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，通過CC2420模塊來傳送接受數(shù)據(jù)，從而完成對整個窗簾的控制。1.5 系統(tǒng)模塊（1）CC2420發(fā)送模塊； (2) E-WS-EC模塊；（3）ZIGBEE采集節(jié)點(diǎn)模塊；（4）ZIGBEE無線傳輸模塊。第二章 系統(tǒng)硬件組成2.1、協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器CPU：采用TI公司LM3S9B96；CORTEX M3內(nèi)核；主頻為80MHz。所謂協(xié)調(diào)器，就是網(wǎng)絡(luò)

5、組織的管理者。針對一般的應(yīng)用模式，在一個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)建立一個網(wǎng)絡(luò)。基于CC2420的zigbee協(xié)調(diào)器具有結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、成本低等特點(diǎn)。其包含天線、單片機(jī)芯片、窗簾控制智能模塊。2.1.1、 CC2420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。圖2-1 CC2420模塊2.1.2、單片

6、機(jī)芯片協(xié)調(diào)器采用TI公司的LM3S9B96芯片，LM3S9B96是TI 公司的基于ARM Cortex-M3 的32位MCU，具有先前8位和16位MCU的價(jià)格成本，CPU工作頻率80MHz,100DMIPS性能，ARM Cortex-M3 System Timer (SysTick)定時(shí)器，片內(nèi)具有高達(dá)50MHz的256KB單周期閃存和96KB單周期SRAM，內(nèi)部的ROM加載StellarisWare軟件，具有擴(kuò)展的外設(shè)接口和串行接口，目標(biāo)應(yīng)用在遙控監(jiān)視、POS銷售機(jī)、測試測量設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和交換、工廠自動化、HVAC和建筑物控制、游戲設(shè)備、運(yùn)動控制、醫(yī)療設(shè)備、電源和交通運(yùn)輸、防火和安全等。2

7、.1.3、天線對于短距離無線通信設(shè)備（SRD，short range devices）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，會影響我們對于天線的選擇和設(shè)計(jì)。目前，國內(nèi)普通的ZigBee芯片均工作在2.4G頻段，也就是ISM頻段。工作于這個頻段的無線技術(shù)很多，常見的還有Bluetooth（藍(lán)牙），Wi-Fi（無線局域網(wǎng)）等. 一般來說，在這個頻段，我們可以選擇的天線有PCB天線、Chip天線和Whip天線?；贑C2420的zigbee天線主要用于電磁波信號的發(fā)送和接收。2.2、采集節(jié)點(diǎn)采集節(jié)點(diǎn)采用TI公司LM3S811，CO

8、RTEX M3內(nèi)核；LM3S811主頻為50 MHz；本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)底板自帶兩個采集節(jié)點(diǎn)模塊，可擴(kuò)展傳感器模塊。2.3、計(jì)算機(jī)（安裝有keil uVision4）Keil uVision4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)。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。使開發(fā)人員能夠使用多臺監(jiān)視器，并提供了視覺上的表面對窗口位置的完全控制的任何地方。新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個窗口，提供一個整潔，高效的環(huán)境來開發(fā)應(yīng)用程序。2.4.E-WS-EC模塊2-4 E-WS-EC模塊的電路原理圖用于接收控制命令及返回狀態(tài)信息。如果該模塊

9、接收到控制命令則返回狀態(tài)信息，同時(shí)協(xié)調(diào)器指示燈會閃爍；如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)器指示燈也不會閃爍。同時(shí)觸摸屏上顯示“Communication failed!”。2.5、窗簾本身智能窗簾有如下特點(diǎn)：1、無線密碼遙控;2、半自動手動控制;3、環(huán)境亮度控制;4、時(shí)間自動控制;5、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)，然后通過兩個協(xié)調(diào)器采集和發(fā)送數(shù)據(jù)，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件框圖如下所示：圖3-1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件3.1.1 實(shí)現(xiàn)方式這個模塊的實(shí)現(xiàn)方式主要是依靠觸摸屏上的

10、幾個觸摸按鈕：stop；close；open，這三個按鈕來實(shí)現(xiàn)。3.1.2 實(shí)現(xiàn)功能點(diǎn)擊觸摸屏上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)動作； 點(diǎn)擊“stop”按鈕，窗簾停止動作； 點(diǎn)擊“close”按鈕，窗簾關(guān)閉并持續(xù)動作。3.1.3 實(shí)現(xiàn)原理實(shí)現(xiàn)這一功能是依據(jù)源程序來實(shí)現(xiàn)的，具體程序如下：/define the ElectricCurtain panel and its elements/the elementsCircularButton(g_sCloseBtn, &g_sECPanel, 0, 0, &g_sKitron

11、ix320x240x16_SSD2119, 240, 72, 20, PB_STYLE_FILL, ClrDarkBlue, ClrDarkGreen, 0, ClrWhite, &g_sFontCm12, "CLOSE", 0, 0, 0, 0, onCloseBtn);CircularButton(g_sStopBtn, &g_sECPanel, &g_sCloseBtn, 0, &g_sKitronix320x240x16_SSD2119, 160, 72, 20, PB_STYLE_FILL, ClrDarkBlue, ClrDark

12、Green, 0, ClrWhite, &g_sFontCm12, "STOP", 0, 0, 0, 0, onStopBtn);CircularButton(g_sOpenBtn, &g_sECPanel, &g_sStopBtn, 0, &g_sKitronix320x240x16_SSD2119, 80, 72, 20, PB_STYLE_FILL, ClrDarkBlue, ClrDarkGreen, 0, ClrWhite, &g_sFontCm12, "OPEN", 0, 0, 0, 0, onOpen

13、Btn);/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);3.2 擴(kuò)展功能設(shè)計(jì)3.2.1 按鈕名稱 大小 顏色的改變程序：/define the Lamp panel and its elements/the elementsCircularButton(g_sLamp4Btn, &g_sLampPan

14、el, 0, 0, &g_sKitronix320x240x16_SSD2119, 256, 72, 20, 大小 PB_STYLE_FILL, ClrDarkBlue, ClrDarkGreen, 0, ClrWhite, &g_sFontCm12, "LAMP4", 0, 0, 0, 0, onLamp4Btn);CircularButton(g_sLamp3Btn, &g_sLampPanel, &g_sLamp4Btn, 0, &g_sKitronix320x240x16_SSD2119, 192, 72, 20, PB_ST

15、YLE_FILL, ClrDarkBlue, ClrDarkGreen, 0, ClrWhite, &g_sFontCm12, "LAMP3", 0, 0, 0, 0, onLamp3Btn);CircularButton(g_sLamp2Btn, &g_sLampPanel, &g_sLamp3Btn, 0, &g_sKitronix320x240x16_SSD2119, 128, 72, 20, PB_STYLE_FILL, ClrDarkBlue, ClrDarkGreen, 0, ClrWhite, &g_sFontCm12,

16、 "LAMP2", 0, 0, 0, 0, onLamp2Btn);CircularButton(g_sLamp1Btn, &g_sLampPanel, &g_sLamp2Btn, 0, &g_sKitronix320x240x16_SSD2119, 64, 72, 20, PB_STYLE_FILL, ClrDarkBlue, ClrDarkGreen, 0, ClrWhite, &g_sFontCm12, "LAMP1", 0, 0, 0, 0, onLamp1Btn);結(jié)果： 大小變化 顏色變化 位置變化3.2.2

17、按鈕增加程序：結(jié)果：3.2.3 按鈕功能互換程序：結(jié)果：3.2.4 增加按鈕程序： 結(jié)果：第四章 系統(tǒng)測試4.1 測試步驟1、打開工程文件ModelControlIOTIOT.uvproj，下載至EL-IOT-實(shí)驗(yàn)箱的協(xié)調(diào)器，復(fù)位，觸摸屏上將顯示IOT-ModelControl界面；2、打開工程文件ModelControlElectricCurtainElectricCurtain.uvproj，下載至EL-IOTM板卡，復(fù)位。3、將兩塊CC2420模塊分別插到EL-IOT-實(shí)驗(yàn)箱和EL-IOTM板卡的相應(yīng)位置。4、將E-WS-EC模塊插到EL-IOTM板卡的相應(yīng)位置；5、將窗簾電機(jī)插座插到電源座上并通電。4.2 測試結(jié)果點(diǎn)擊右上方“窗簾”按鈕，進(jìn)入窗簾控制界面：圖4-2 窗簾控制界面點(diǎn)擊“OPEN”按鈕，窗簾打開并持續(xù)動作；點(diǎn)擊“STOP”按鈕，窗簾停止動作；點(diǎn)擊“CLOSE”按鈕，窗簾關(guān)閉并持續(xù)動作。第五章 實(shí)訓(xùn)總結(jié)這次實(shí)訓(xùn)的設(shè)計(jì)理念是在物聯(lián)網(wǎng)知識的基礎(chǔ)上，結(jié)合單片機(jī)的知識設(shè)計(jì)并制作遙控窗簾。通過協(xié)調(diào)器及相