【正文】 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 申 報 書 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 ： 項目類別 ： 個人項目□ 團隊項目 □√ 一、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 2021 年 6月 至 2021 年 6 月 項目狀況 （規(guī)模）生產(chǎn)（選項打√） 申 請 人 姓名 王玉超 性 別 男 出生 年月 入學 年月 所在 班級 13電氣工程及其自動化 1班 聯(lián)系 電話 18892681723 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 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 項 目 主 要 內(nèi) 容 簡 介 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 ARM9S3C2440A 為開發(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。 二、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注。但傳統(tǒng)的窗簾絕大部分是用手去開關，每天開關不僅不省力，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，光照強度強時，窗簾關起，反之，濕度低時，窗簾關起，反之開啟，并完成了智能窗簾節(jié)點與 ZigBee 智能網(wǎng)關的通信，可以通過接受用戶和智能網(wǎng)關的指令進行調(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轮悄芗揖邮袌龀蔀橐粔K只能看不能吃的蛋糕?；谑袌霭l(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)提供技術支持，有必要在智能窗簾方面進行智能系統(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，光照強度強時，窗簾關起，反之，濕度低時，窗簾關起，反之開啟，并完成了智能窗簾節(jié)點與 ZigBee 智能網(wǎng)關的通信，可以通過接受用戶和智能網(wǎng)關的 指令進行調(diào)節(jié)，完成窗簾的開放與閉合，保障居室的舒適度。 二、系統(tǒng)硬件 設計 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 GHz 的 SOC 片上系統(tǒng)，建立在基于標準協(xié)議的 之上的 ZigBee 協(xié)議棧 ZStack。 ZStack 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 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)絡的關鍵。 微處理器模塊基本電路如圖 2 所示。 圖 2 微處理器模塊 光線感應模塊 光敏二極管接口電路，主要由光敏二極管和 PCF8591 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（ ARMDeveloperSuite） 軟件編程環(huán)境，CC2530 微控制器模塊主要完成對控制信號的接受與任務的執(zhí)行，并完成了與 ZigBee 智能網(wǎng)關進行通信的功能。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、 C 語言程序設計、嵌入式系統(tǒng)、單片機程序設計等相關課程，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老師，與此專業(yè)相關的學生一起研究。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、單片機等相關課程，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）發(fā)表一篇科技論文； 四、預期成果、知識產(chǎn)權形成及經(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，光照強度強時，窗簾關起，反之，濕度低時，窗簾關起，反之開啟，并完成了智能窗簾節(jié)點與 ZigBee 智能網(wǎng)關的通信，可以通過接受用戶和智能網(wǎng)關的 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） 走訪企業(yè)技術支持 400 相關硬件設備 800 參考技術手冊等 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