基于机智云的智能窗帘系统设计-专业论文-自动化应用案例

基于机智云的智能窗帘系统设计

发布日期：2018-11-15 来源：《智慧工厂》9期作者：杨铭刚杨晓冬浏览次数：25564

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【摘　要】：本文利用机智云设计了智能窗帘系统，该系统主要由Arduino核心板、电机驱动模块、温湿度传感模块、WiFi模块、红外感应模块、RGB全彩LED灯和手机应用组成。主要功能是可以通过手机应用实现对窗帘的升降停控制、窗帘的障碍物感应、空气温湿度的测量以及LED夜间灯的照明。

关键词：机智云智能窗帘无线控制传感器

Abstract: This paper uses Gizwits to design Intelligent curtain system , The system is mainly composed of Arduino Core board、Motor drive module、Temperature and humidity sensing module、WiFi module、Infared induction module、RGB full-colour LED lights and Mobile application. The main function is to realize the control of curtain goes up and down、The obstruction of curtain is sensed、Measurement of air temperature and humidity as well as Lighting of LED night lights function through mobile application.

Key words: Gizwits Intelligent curtain Wireless control Sensors

【中图分类号】TP212.9 【文献标识码】B 文章编号1606-5123（2018）09-0000-00

1 引言

随着人工智能的发展和物联网的广泛应用，智能家居也逐渐地进入到我们的日常生活之中，让我们的生活增添新的色彩。本文的智能窗帘就是智能家居的一个典型例子，它可以带给人们许多的便利，人们可以通过智能手机上的应用软件来远程无线控制家中窗帘的升降停，以及知道在控制过程中有无障碍物的干扰，实时地知道室中的温度和湿度，控制不同色彩的LED夜间灯。

2 机智云平台概要

机智云平台(如图1所示)是机智云物联网公司经过多年行业内的耕耘及对物联网行业的深刻理解，而推出的面向个人、企业开发者的一站式智能硬件开发及云服务平台。平台提供了从定义产品、设备端开发调试、应用开发、产测、云端开发、运营管理、数据服务等覆盖智能硬件接入到运营管理全生命周期服务的能力。

机智云平台为开发者提供了自助式智能硬件开发工具与开放的云端服务。通过简单的自助工具、完善的SDK与API服务能力最大限度降低了物联网硬件开发的技术门槛，降低开发者的研发成本，提升开发者的产品投产速度，帮助开发者进行硬件智能化升级，更好的连接、服务最终消费者。

3 系统总体设计

智能窗帘总体系统框图(如图2所示)，该系统主要由Arduino核心板、电机驱动模块、温湿度传感模块、WiFi模块、红外感应模块、RGB全彩LED灯和手机应用7个部分组成。Arduino核心板为整个系统的主要部分，相当于电脑中CPU的作用，它负责系统的状态检测、数据处理、手机指令的判断以及执行，担任系统的“大脑”。电机驱动模块主要是通过可调速电机来模拟窗帘的电机，它有正转、反转和停止3个功能，当处于正转时，窗帘就处于下降状态；当处于反转时，窗帘就处于上升状态；当驱动电机停止时，窗帘就会保持在一个固定的位置不动。温湿度传感模块是用于测量室内的环境温度和湿度数据，上传到机智云后通过手机上的应用软件实时的了解温湿度值，从而判断要不要收起或展开窗帘，为用户提供一定的参考数据。RGB全彩LED灯主要有蓝、绿和红三种颜色，用户可以自行选择来作为夜间灯。红外感应模块主要是来判断在窗帘的上升或下降的状态中有没有受到障碍物的干扰。最后，WiFi通讯模块将Arduino核心处理过的数据上传到机智云储存，并下传来自机智云的控制命令，起一个“中介”的作用。

4 系统硬件设计

4.1 Arduino核心板

Arduino是一款向所有人都开放的开源平台，主要有硬件和软件两部分组成。其硬件系统是高度模块化的，通过 USB接口与计算机连接，包括14 通道数字 I/O 口，其中包括 6 通道 PWM 输出，6 通道 10 位 ADC 模拟 I/O 口，可用 USB 提供 5 V 工作电源。其软件系统是Arduino IDE，你的计算机中的程序开发环境。你只要在IDE中编写程序代码，将程序上传到Arduino电路板后，程序便会告诉Arduino电路板要做些什么了。

4.2 电机驱动模块

实验中采用openjumperL298型电机来模拟完成窗帘的步进电机的驱动，主要是通过电机的正反转来控制窗帘的展开与收起。L298芯片就是起到放大电流的作用，它是双H桥集成电路，一个H桥可提供2A的输出电流，两个桥并联可提供3.5A的输出电流，有四路输入四路输出，有两个使能端，一般情况下，可以直接把EA,EB两个使能端接高，直接通过控制输入口来控制电机。L298电机驱动扩展版采用堆叠设计，直插 Arduino 底板，仅占用Arduino 的 4 个数字 I/O 端口连接 L298 的输入口，通过IN1、IN2、IN3、IN4可控制方向和加PWM脉冲调制可实现调速。

4.3 RGB全彩LED灯

在本系统中用PCA9633芯片控制调节 RGB 全彩 LED 亮度和色彩，由于它提供三路恒流驱动以及256 级灰度输出，采用双线传输模式(数据和时钟)，所以便于驱动显示器的光转换，各种字符变换，颜色模式改变。

4.4 温湿度传感模块

在本实验中温度和湿度用的传感器模块是DHT11，它是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，所以具有超快响应、抗干扰能力强等优点。DHT11 数字温湿度传感器供电电压为3-5.5V，温度可测0-50℃ 误差±2℃，湿度可测20-90%RH 误差±5%RH。

4.5 红外传感模块

该实验中的红外传感模块为红外传感避障模块，主要是为了当窗帘在上升或下降的时候碰到障碍物时可以及时的让用户知道。基本原理是利用物体的反射性质，当在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失；如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头。传感器检测到这一信号，就可以确认前方有障碍物。

4.6 WiFi模块

实验中运用了乐鑫公司的ESP8266低功耗、高集成度的WiFi芯片，支持实时操作系统和 Wi-Fi 协议栈，可将高达 80% 的处理能力留给应用编程和开发，使得传统的低端串行设备或单片机控制设备可以很容易地接入WiFi 无线网络，从而实现网络的控制与管理。

5 系统软件设计

通用APP的安装：机智云通用APP是为机智云平台上的智能硬件产品提供的通用简版APP，依于这个平台用户可以自己开发项目软件。进入通用APP在注册完用户后就会弹出一个设备连接页面。

智能窗帘的程序流程图：先将Arduino板初始化，保证与 WiFi 模块的正常通信，之后初始化WiFi 模块保证其能够与机智云正常通信。然后看Arduino核心板是否收到来自手机的指令，如果是电机模块的，当值为0时则窗帘保持当前位置，值为负时电机反转窗帘便会上升，值为正时电机正转窗帘便会下降；如果是全彩LED灯模块，根据用户的喜好选择颜色作为夜间灯；如果没有收到指令，那么温湿度模块便会实时的上传数据供用户参考，在窗帘上升或下降过程中遇到障碍物时，红外模块也会及时告诉用户。最后将所有状态传到机智云，然后机智云将以上传感器的状态发送到手机端让用户了解。(如图3所示)

6 系统测试

将智能硬件通过WiFi接入到机智云后，用户可以通过手机应用(如图4所示)来查看设备的状态和远程控制窗帘的收起或展开。我们也对原实物做了一个等价的Gokit硬件原型图(如图5所示)，并在多次的试验后，我们可以成功地用红外探测开启的状态来知道窗帘在运动时受到了障碍物的干扰，可以通过调节LED灯的值来调节亮度，温湿度传感器也可以准确地测出温度和湿度值，电机也可以及时的收到手机的指令进行正转和反转。