嵌入式技術(shù)在智能窗簾控制系統(tǒng)中的研究

杭萬里

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展科技的進(jìn)步，智能化的時(shí)代已經(jīng)悄然生息的步入大眾生活中。本文通過基于嵌入式和Zigbee相關(guān)技術(shù)進(jìn)行無線智能窗簾控制系統(tǒng)，以希為實(shí)現(xiàn)智能窗簾控制普及應(yīng)用提供一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：嵌入式;ZigBee;控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）05-0018-01

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，智能化的時(shí)代已經(jīng)悄然生息的步入大眾生活中，對(duì)于新知識(shí)與新技術(shù)的探索更為深入于全面，從而導(dǎo)致生活環(huán)境的不斷改善。在智能化的時(shí)代中，嵌入式技術(shù)和ZigBee技術(shù)都是不可或缺的前沿技術(shù)，基于此技術(shù)來實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備、設(shè)備以及設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)，達(dá)到智能化控制。因此本文基于此環(huán)境下，借助嵌入式技術(shù)和ZigBee技術(shù)來實(shí)現(xiàn)窗簾的智能控制。

1 嵌入式技術(shù)概述

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到臨，嵌入式技術(shù)憑借自身的優(yōu)勢(shì)，成為目前最為潮流的技術(shù)之一。嵌入式系統(tǒng)具有一定的趨向性，根據(jù)各個(gè)功能模塊進(jìn)一步充實(shí)嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)涵;嵌入式系統(tǒng)的軟、硬件模塊都需要根據(jù)需求進(jìn)行特性設(shè)計(jì)，其以設(shè)備效能高、內(nèi)存占比小、安全性能高成為各大平臺(tái)競(jìng)相采納的系統(tǒng)之一。在硬件模塊主要包含MCU、Memory、I/O管腳和內(nèi)部Register等;軟件主要涉及系統(tǒng)軟件程序、底層驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序等[1]。

2 系統(tǒng)功能需求性分析

在此次設(shè)計(jì)的智能窗簾控制系統(tǒng)中，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)的時(shí)候需要大量掌握相關(guān)專業(yè)知識(shí)與技術(shù)的人才，所以需要比較大的人力投資。另一方面是硬件部分需要相對(duì)較多的投入。雖然前期需要比較多的投資，但系統(tǒng)一旦開完完成進(jìn)行應(yīng)用就會(huì)帶來更多的利益，因此，可以說智能窗簾控制具有非常高的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。硬件上主要有信號(hào)采集處理與接收模塊、控制中心和上位機(jī)三部分組，使用STM32F103C8T6單片機(jī)對(duì)無線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制;上位機(jī)有智能手機(jī)或者IPAD組成。

3 智能窗簾控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

3.1 智能窗簾控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

通過對(duì)智能控制系統(tǒng)的各個(gè)模塊的分析和設(shè)計(jì)，整體的系統(tǒng)可分為幾個(gè)處理單元[2，3]：

（1）數(shù)據(jù)收集模塊。使用各種傳感器設(shè)備對(duì)建筑物內(nèi)的光照情況、溫濕度等多種環(huán)境信息進(jìn)行收集，之后利用之前設(shè)定好的協(xié)議通過無線通訊手段將相關(guān)信息傳遞給ZigBee協(xié)調(diào)器，并轉(zhuǎn)送給網(wǎng)關(guān)，再通過串口連接將其傳遞給服務(wù)器，服務(wù)器接受到這些信息之后會(huì)立刻對(duì)其展開分析工作。（2）服務(wù)器模塊。服務(wù)器模塊根據(jù)具體功能上的差別又可以劃分為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web和通信服務(wù)器這幾種。其中數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的主要功能是對(duì)系統(tǒng)的相關(guān)信息進(jìn)行保存，并且可以供使用者進(jìn)行查閱。Web服務(wù)器的主要工作內(nèi)容是將保存在數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)內(nèi)容轉(zhuǎn)換成網(wǎng)頁文件，以供管理人員進(jìn)行查看。通信服務(wù)器則需要24小時(shí)不間斷地進(jìn)行工作，接收傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)同時(shí)將系統(tǒng)作出的控制命令發(fā)出去，ZigBee協(xié)調(diào)器利用網(wǎng)關(guān)串口將報(bào)文信息傳遞給通信服務(wù)器，在姐收到報(bào)文之后首先要做的就是對(duì)其進(jìn)行解析，以后將得到的信息保存至相關(guān)的數(shù)據(jù)庫列表之中，此外還要對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行不斷地掃描，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有新指令存在時(shí)，就將該命令信息以幀的形式進(jìn)行封裝，并利用串口將其發(fā)送至網(wǎng)關(guān)，從而使系統(tǒng)的通信功能得以實(shí)現(xiàn)。（3）上位機(jī)單元。智能化控制方式不僅體現(xiàn)在控制方式上，還可以借助移動(dòng)載體進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)的檢查和動(dòng)作的控制，本文基于WIFI框架來實(shí)現(xiàn)手機(jī)之間的控制。

3.2 智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.1 硬件設(shè)計(jì)

（1）CC2530芯片介紹。CC2530芯片繼承了以前的CC2520芯片的性能，一個(gè)單獨(dú)的CC2530芯片上集成了微處理器、內(nèi)存、ZigBee射頻（RF）前段。（2）節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)軟件為智能窗簾控制系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊與核心基礎(chǔ)，其主要功能是窗簾智能化，主要借助多種類型的傳感器完成監(jiān)測(cè)，例如：光照情況、溫濕度以及開關(guān)等傳感器，并據(jù)此得出整個(gè)空間的數(shù)據(jù)與信息。隨后，系統(tǒng)對(duì)這類信號(hào)進(jìn)行分析與比較，制定出科學(xué)、合理的控制方案，并對(duì)窗簾等進(jìn)行相應(yīng)的程序設(shè)置與預(yù)設(shè)，溫度采集電路數(shù)字式DS18B20傳感器，DS18B20主要有溫度檢測(cè)單元、上限觸發(fā)TH、下限觸發(fā)TL、高速暫存器、8位CRC產(chǎn)生器、64位ROM和單總線接口、存儲(chǔ)器和控制邏輯。（3）通信接口。傳感器、窗簾的控制裝置與開關(guān)等均需符合嚴(yán)格的質(zhì)量要求與規(guī)范且采用國際規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)頻率2.4GHz進(jìn)行傳輸[4]。

3.2.2 軟件設(shè)計(jì)

基于嵌入式和Zigbee智能窗簾控制系統(tǒng)的軟件模塊主要實(shí)現(xiàn)通信控制和動(dòng)作實(shí)現(xiàn)。在數(shù)據(jù)端嵌入Zigbee模塊通信模塊，借助協(xié)調(diào)裝置將通信段的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紸RM控制[5，6]。

（1）溫度傳感器程序設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)溫度測(cè)量采用DS18B20傳感器。（2）濕度傳感器程序設(shè)計(jì)。濕度DHT11傳感器是一款單總線的器件，傳感器輸出數(shù)字信號(hào)值，一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸周期是4ms所以DHT11對(duì)操作時(shí)時(shí)序的要求精度很高，對(duì)于該濕度傳感器與單片機(jī)數(shù)據(jù)訪問主要通過DATA線進(jìn)行，具體如圖1所示。（3）數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)傳輸模塊是連接節(jié)點(diǎn)和系統(tǒng)之間的的重要關(guān)鍵要素，主要實(shí)現(xiàn)三個(gè)方面的功能，其一是數(shù)據(jù)之間的共享，其二是控制系統(tǒng)之間控制方式的傳達(dá);其三是系統(tǒng)和設(shè)備之間動(dòng)作指令的控制。

4 結(jié)語

本文基于系統(tǒng)功能需求性分析，借助嵌入式技術(shù)和ZigBee技術(shù)來進(jìn)行窗簾智能控制設(shè)計(jì)，主要包括智能窗簾控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、智能家居控制系統(tǒng)硬件配置和軟件設(shè)計(jì)，通過對(duì)主要功能的設(shè)計(jì)以希為實(shí)現(xiàn)智能窗簾控制普及應(yīng)用提供一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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