物联网智能窗帘设计.doc

实习（实训）报告名称 基于物联网的智能窗帘控制系统设计2014年11 月24 日至 2014 年11 月 28 日共1 周学院(部) 电子信息工程学院 班 级 通信技术 姓 名 学院(部)负责人 系 主 任 指导教师 实习（实训）任务书 名 称：基于物联网的智能窗帘控制系统设计起讫时间： 2014.11.24-2014.11.28 学院(部)： 电子信息工程学院 班级： 通信技术 指导教师： 学院(部)负责人： 1、 实习（实训）目的和要求目的：（1）了解物联网系统的工作原理； （2）掌握CC2420模块的收发原理； （3）了解uCOS系统的设计过程。要求：（1）完成智能窗帘系统的组装； （2）利用keil软件完成系统编程 （3）通过物联网系统控制智能窗帘系统的运行。 2、 实习（实训）内容实训内容：（1） 了解物联网控制系统，完成基于物联网的智能窗帘控制系统的硬件组装；（2） 掌握uCOS的移植和简单编程；（3） 掌握cc2420的收发原理；（4） 利用keil软件完成控制端和智能窗帘端的编程；（5） 下载软件到开发系统板上，调试程序；（6） 能通过组建的网络，远程遥控智能窗帘的运行。三、实习（实训）方式 集中 分散 校内 校外4、 实习（实训）具体安排第一天：布置设计任务及复习或学习方向；第二天：完成硬件连接，并熟悉软件，开始程序的编写；第三天：调试程序；第四天：记录实训结果，完成实训报告；第五天：上交实训报告，并现场演示物联网系统。5、 实习（实训）报告内容（有指导书的可省略）第1章 概述 第2章 系统硬件组成第3章 系统设计第4章 系统测试第5章 总结第一章 系统概述1.1概述为了满足智能家居的发展方向，使用户充分感受智能家居环境的便利。智能窗帘是带有一定自我反应、调节、控制功能的电动窗帘。如根据室内环境状况自动调光线强度、空气湿度、平衡室温等，有智能光控、智能雨控、智能风控三大突出的特点。该设计是基于现代化生活的高质量需求而开发设计，使家用窗帘实现自动化智能化，使其具备感风、感雨、感光的功能，并可随着外界情况的变化来控制窗帘的闭合，以达到对家居环境的保护。1.2系统名字基于物联网的智能窗帘控制系统设计1.3系统功能系统可以通过三个按钮来分别实现对窗帘的开、关和停的操作。实现远程遥控智能窗帘的运行。也可以通过PC机的界面实现窗帘的控制。1.4 基本原理本次实训主要是靠无线传感器来控制，基于zigbee的网络控制系统，通过CC2420模块来传送接受数据，从而完成对整个窗帘的控制。1.5 系统模块（1）CC2420发送模块； (2) E-WS-EC模块；（3）ZIGBEE采集节点模块；（4）ZIGBEE无线传输模块。第二章 系统硬件组成2.1、协调器协调器CPU：采用TI公司LM3S9B96；CORTEX M3内核；主频为80MHz。所谓协调器，就是网络组织的管理者。针对一般的应用模式，在一个Zigbee网络形成之后，协调器不是必须的。它最主要的作用是，依据扫描情况，选择一些合适参数建立一个网络。基于CC2420的zigbee协调器具有结构简单、功耗低、成本低等特点。其包含天线、单片机芯片、窗帘控制智能模块。2.1.1、 CC2420模块CC2420开发模块采用CC2420芯片，可支持zigbee，IEEE802.15.4等开发，提供兼容802.15.4的物理层和MAC层的协议栈及面向应用层的接口，完全兼容TinyOS 1.x及以上版本,用户可以基于TinyOS开发自己的WSN应用。硬件图如图2-1。图2-1 CC2420模块2.1.2、单片机芯片协调器采用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的价格成本，CPU工作频率80MHz,100DMIPS性能，ARM Cortex-M3 System Timer (SysTick)定时器，片内具有高达50MHz的256KB单周期闪存和96KB单周期SRAM，内部的ROM加载StellarisWare软件，具有扩展的外设接口和串行接口，目标应用在遥控监视、POS销售机、测试测量设备、网络设备和交换、工厂自动化、HVAC和建筑物控制、游戏设备、运动控制、医疗设备、电源和交通运输、防火和安全等。2.1.3、天线对于短距离无线通信设备（SRD，shortrangedevices）来说，天线的设计关系到通信距离的问题。辐射模型、增益、阻抗匹配、带宽、尺寸和成本等因素，会影响我们对于天线的选择和设计。目前，国内普通的ZigBee芯片均工作在2.4G频段，也就是ISM频段。工作于这个频段的无线技术很多，常见的还有Bluetooth（蓝牙），Wi-Fi（无线局域网）等. 一般来说，在这个频段，我们可以选择的天线有PCB天线、Chip天线和Whip天线。基于CC2420的zigbee天线主要用于电磁波信号的发送和接收。2.2、采集节点采集节点采用TI公司LM3S811，CORTEX M3内核；LM3S811主频为50 MHz；本实验系统底板自带两个采集节点模块，可扩展传感器模块。2.3、计算机（安装有keil uVision4）Keil uVision4旨在提高开发人员的生产力，实现更快，更有效的程序开发。引入了灵活的窗口管理系统，能够拖放到视图内的任何地方，包括支持多显示器窗口。使开发人员能够使用多台监视器，并提供了视觉上的表面对窗口位置的完全控制的任何地方。新的用户界面可以更好地利用屏幕空间和更有效地组织多个窗口，提供一个整洁，高效的环境来开发应用程序。2.4.E-WS-EC模块2-4 E-WS-EC模块的电路原理图用于接收控制命令及返回状态信息。如果该模块接收到控制命令则返回状态信息，同时协调器指示灯会闪烁；如果该模块接收不到控制命令则不返回状态信息，同时协调器指示灯也不会闪烁。同时触摸屏上显示“Communication failed!”。2.5、窗帘本身智能窗帘有如下特点：1、无线密码遥控;2、半自动手动控制;3、环境亮度控制;4、时间自动控制;5、电机工作鸣响提示和整点报时功能。第三章 系统设计3.1 标准功能设计两个协调器触摸屏控制窗帘是在集成芯片的触摸屏上设置按键，通过CC2420模块发送数据，然后通过两个协调器采集和发送数据，其系统设计硬件框图如下所示：图3-1 系统设计硬件3.1.1 实现方式这个模块的实现方式主要是依靠触摸屏上的几个触摸按钮：stop；close；open，这三个按钮来实现。3.1.2 实现功能点击触摸屏上ElectricCurtain按钮进入窗帘控制界面。 点击“open”按钮，窗帘打开并持续动作； 点击“stop”按钮，窗帘停止动作； 点击“close”按钮，窗帘关闭并持续动作。3.1.3 实现原理实现这一功能是依据源程序来实现的，具体程序如下：/define the ElectricCurtain panel and its elements/the elementsCircularButton(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, &g_sCloseBtn, 0, &g_sKitronix320x240x16_SSD2119, 160, 72, 20, PB_STYLE_FILL, ClrDarkBlue, ClrDarkGreen, 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, onOpenBtn);/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 扩展功能设计3.2.1 按钮名称 大小 颜色的改变程序：/define the Lamp panel and its elements/the elementsCircularButton(g_sLamp4Btn, &g_sLampPanel, 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_STYLE_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, 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);结果： 大小变化 颜色变化 位置变化3.2.2 按钮增加程序：结果：3.2.3 按钮功能互换程序：结果：3.2.4 增加按钮程序： 结果：第四章 系统测试4.1 测试步骤1、打开工程文件ModelControlIOTIOT.uvproj，下载至EL-IOT-实验箱的协调器，复位，触摸屏上将显示IOT-ModelControl界面；2、打开工程文件ModelControlElectricCurtainElectricCurtain.uvproj，下载至EL-IOTM板卡，复位。3、将两块CC2420模块分别插到EL-IOT-实验箱和EL-IOTM板卡的相应位置。4、将E-WS-EC模块插到EL-IOTM板卡的相应位置；5、将窗帘电机插座插到电源座上并通电。4.2 测试结果点击右上方“窗帘”按钮，进入窗帘控制界面：图4-2 窗帘控制界面点击“OPEN”按钮，窗帘打开并持续动作；点击“STOP”按钮，窗帘停止动作；点击“CLOSE”按钮，窗帘关闭并持续动作。第五章 实训总结这次实训的设计理念是在物联网知识的基础上，结合单片机的知识设计并制作遥控窗帘。通过协调器及相关模块对窗帘进行打开