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基于機(jī)智云的智能家用窗戶窗簾控制及物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

機(jī)智云 ? 2022-01-26 17:11 ? 次閱讀

摘要: 隨著生活水平的提高,人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量和解放勞動(dòng)的工具的要求越來越高,這使得家居設(shè)備的智能化和自動(dòng)化受到廣泛關(guān)注。本文來自機(jī)智云開發(fā)者分享,文中主要根據(jù)通風(fēng)透光的功能要求,設(shè)計(jì)了一款基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并兼顧自動(dòng)化功能的窗戶窗簾系統(tǒng)。該系統(tǒng)能接收當(dāng)前廣受關(guān)注的PM2.5含量、光照強(qiáng)度、溫濕度等數(shù)據(jù),自動(dòng)控制窗戶和窗簾,具有**自動(dòng)打開、夜間自動(dòng)關(guān)閉的功能。該系統(tǒng)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在控制核心板的屏幕上,上傳至機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)及機(jī)智云手機(jī)APP,便于遠(yuǎn)程查看。


引言

室內(nèi)外空氣質(zhì)量逐漸成為了影響家居生活健康的重要因素:一方面,人們需要打開窗戶窗簾通風(fēng),排出室內(nèi)空氣中的有害氣體,凈化室內(nèi)空氣。另一方面,當(dāng)遇到霧霾天氣、下雨天時(shí),窗戶打開反而又會(huì)帶來不好的影響,如吸入污染物可能損害身體健康,此時(shí)便需要關(guān)閉窗戶;有時(shí)紫外線太強(qiáng),容易對(duì)人的皮膚造成傷害,而光照強(qiáng)度對(duì)眼睛也有一定的損害,因此需要關(guān)閉窗簾。對(duì)于現(xiàn)代人來說,生活自動(dòng)化程度提高是趨勢(shì),如早上自動(dòng)打開窗戶窗簾,晚上自動(dòng)關(guān)閉窗戶窗簾,對(duì)勞累一天的人們來說,無疑減輕了負(fù)擔(dān)[2]。


針對(duì)上述問題,本文運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研制了實(shí)用的智能家用窗戶窗簾控制及物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)**自動(dòng)打開、夜間自動(dòng)關(guān)閉,可以收集多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)并進(jìn)行組合式處理[3],包括PM2.5含量、溫濕度、光照強(qiáng)度數(shù)據(jù),然后根據(jù)空氣質(zhì)量,濕度水平和光照水平自動(dòng)控制窗戶窗簾的開關(guān),實(shí)現(xiàn)通風(fēng)或阻隔污染物。同時(shí)將上述數(shù)據(jù)通過屏幕顯示并上傳到機(jī)智云Aiot開發(fā)平臺(tái)和機(jī)智云手機(jī)APP,便于人們了解室內(nèi)環(huán)境,提高人們的生活質(zhì)量。


1 智能系統(tǒng)設(shè)置


智能家用窗戶窗簾控制及物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將光照強(qiáng)度、溫濕度、PM2.5等傳感器接收模塊安裝在窗戶附近,利用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)傳感器接收數(shù)據(jù)。經(jīng)過一定的邏輯算法,我們將不同環(huán)境值,如霧霾天氣、雨天、強(qiáng)光環(huán)境、黑夜及**對(duì)應(yīng)的值作為系統(tǒng)預(yù)設(shè)參數(shù)。使用時(shí),系統(tǒng)接收到各傳感器數(shù)據(jù)后,通過與預(yù)設(shè)參數(shù)對(duì)比,得出需要進(jìn)行的操作,然后單片機(jī)控制電機(jī),驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)窗戶和窗簾的打開與關(guān)閉,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化功能。


本系統(tǒng)還包括人為干預(yù)控制和校準(zhǔn)功能,便于使用者調(diào)整系統(tǒng)的偏差。同時(shí)也考慮了家庭主人外出時(shí),若存在了解該系統(tǒng)狀態(tài)的需求,則可利用WiFi模塊將數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)及手機(jī)APP,便于用戶查看。智能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。



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圖1智能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成


2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 控制核心


控制核心采用兩塊32位單片機(jī),第一塊是STM32F103ZET6,用于接收、顯示及控制電機(jī);第二塊是STM32F103C8T6,用于上傳數(shù)據(jù)。兩塊單片機(jī)都具有72 MHz的主頻,工作電壓2.0~3.6 V,至少3個(gè)串口,外設(shè)豐富[4]。第二塊使用占用更少資源的STM32F103C8T6單片機(jī),它在分擔(dān)數(shù)據(jù)上傳責(zé)任的同時(shí),減少了系統(tǒng)功耗。


2.2 傳感器模塊


傳感器包括PM2.5傳感器、光照強(qiáng)度傳感器和溫濕度傳感器。其中PM2.5傳感器為攀藤PMS7003G7,它是利用光散射原理制做的顆粒傳感器[5],具有成本低、技術(shù)成熟、精度高等優(yōu)點(diǎn)。它的最小分辨率達(dá)0.3μm,單位是μg/m3,通過通用串口與單片機(jī)通信。光照強(qiáng)度傳感器為BH1750,通過軟件模擬I2C協(xié)議[6]與單片機(jī)連接,減少了單片機(jī)硬件資源的使用。溫濕度傳感器為DHT11,通過單總線傳輸信息至單片機(jī)。


2.3 數(shù)據(jù)顯示模塊


系統(tǒng)使用一塊0.96寸OLED顯示屏作為顯示模塊,該模塊具有功耗低的優(yōu)點(diǎn)。其分辨率為128×64,使用32×32的漢字和16×16的字母進(jìn)行顯示。OLED屏幕利用模擬I2C協(xié)議與單片機(jī)連接[7],使用的引腳資源少,利于開發(fā)。


2.4 數(shù)據(jù)通信模塊


使用esp8266 WiFi模塊作為數(shù)據(jù)通信模塊,下載機(jī)智云固件至模塊中,利用單片機(jī)串口與模塊通信,與機(jī)智云平臺(tái)及機(jī)智云手機(jī)APP連接。機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)給開發(fā)者提供了自助式開發(fā)工具及云服務(wù),開發(fā)者無需關(guān)心模組與機(jī)智云間的傳輸協(xié)議[8],技術(shù)門檻低,可以有效降低研發(fā)成本[9]。使用時(shí),利用手機(jī)連接WiFi并通過APP給模塊配網(wǎng),從而實(shí)現(xiàn)模塊的WiFi連接。模塊在斷電重啟后可以自動(dòng)連接當(dāng)前已配網(wǎng)的WiFi。

2.5 控制模塊


控制模塊使用兩塊5 V直流步進(jìn)電機(jī)28BYJ4和電機(jī)驅(qū)動(dòng)板ULN2003,使用四相的驅(qū)動(dòng)方法。該型步進(jìn)電機(jī)具有電壓低、功耗低、控制精準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)。第一塊步進(jìn)電機(jī)與窗戶控制結(jié)構(gòu)和單片機(jī)連接,第二塊與窗簾控制結(jié)構(gòu)和單片機(jī)連接。每一塊步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)分別與單片機(jī)上的I/O口相連,順序或逆序使單個(gè)I/O口輸出高電平來驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。


2.6 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊


AT24C02模塊有2 Kb的儲(chǔ)存單元,屬于串行E2PROM,具有掉電不丟失數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。它通過I2C協(xié)議與單片機(jī)通信[10],使用前兩個(gè)地址儲(chǔ)存數(shù)據(jù),分別儲(chǔ)存窗戶和窗簾的位置數(shù)據(jù)。


3 軟件系統(tǒng)設(shè)置

3.1 軟件自動(dòng)控制


智能家用窗戶窗簾控制及物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)具有自動(dòng)控制功能。上電或重啟時(shí),單片機(jī)首先讀取AT24C02的數(shù)據(jù),并將其與系統(tǒng)里預(yù)設(shè)的窗戶和窗簾關(guān)閉數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,如果兩組數(shù)據(jù)相符,則系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)窗戶、窗簾進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)。其次系統(tǒng)提供校準(zhǔn)功能,通過微調(diào)電機(jī)使窗戶和窗簾達(dá)到完全關(guān)緊的狀態(tài)。系統(tǒng)具有選擇按鍵,包括全關(guān)模式、全開模式和自動(dòng)模式。全關(guān)模式具有最高優(yōu)先級(jí),此模式下,其他模式都無法運(yùn)行。全開模式具有第二高的優(yōu)先級(jí),只有全關(guān)模式取消后才可以進(jìn)入。


自動(dòng)模式具有最低優(yōu)先級(jí),當(dāng)全開和全關(guān)模式都取消時(shí),才可以進(jìn)入。這樣設(shè)置的目的是為了讓家庭主人有更多的選擇:如長(zhǎng)期不在家時(shí),可讓系統(tǒng)進(jìn)入全關(guān)模式;需要窗戶窗簾全開時(shí),設(shè)置系統(tǒng)進(jìn)入全開模式;想減少精力投入到窗戶窗簾上時(shí),可設(shè)置系統(tǒng)長(zhǎng)期進(jìn)入自動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)狀態(tài)時(shí),各傳感器接收窗戶附件數(shù)據(jù),根據(jù)PM2.5含量、濕度、光照強(qiáng)度和時(shí)間參數(shù)共同決定窗戶和窗簾的開關(guān)。單片機(jī)二通過串口二與單片機(jī)連接,接收單片機(jī)一發(fā)送的環(huán)境數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息,并把數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息上傳至機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)和機(jī)智云手機(jī)APP。軟件系統(tǒng)工作流程如圖2所示。



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圖2 軟件系統(tǒng)工作流程


3.2 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通信


為實(shí)現(xiàn)使用者在遠(yuǎn)離家庭的地方獲取室內(nèi)各傳感器數(shù)據(jù)及系統(tǒng)狀態(tài)的目標(biāo),第二塊單片機(jī)連接WiFi模塊,將數(shù)據(jù)及系統(tǒng)狀態(tài)實(shí)時(shí)傳輸至機(jī)智云AIoT開發(fā)平臺(tái)及機(jī)智云手機(jī)APP,便于查看。上傳數(shù)據(jù)流程如圖3所示。


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圖3 上傳數(shù)據(jù)流程


4 測(cè)試及結(jié)果

當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),機(jī)智云手機(jī)APP及控制核心板上數(shù)據(jù)顯示如圖4所示,機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)上的數(shù)據(jù)顯示如圖5所示。在機(jī)智云云平臺(tái)上,機(jī)智云手機(jī)APP和系統(tǒng)控制核心板的OLED屏幕上都可以看到系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)。當(dāng)設(shè)置系統(tǒng)為全關(guān)模式時(shí),其他模式無法進(jìn)行,此時(shí)窗戶窗簾完全關(guān)閉。

當(dāng)設(shè)置系統(tǒng)為全開模式時(shí),窗戶窗簾緩緩打開至完全開啟狀態(tài)。當(dāng)設(shè)置系統(tǒng)為自動(dòng)模式,且將運(yùn)行時(shí)間設(shè)置為6點(diǎn)至22點(diǎn)時(shí),若當(dāng)前時(shí)間未在此范圍內(nèi),窗戶窗簾全關(guān);若當(dāng)前時(shí)間處于設(shè)置的時(shí)間范圍內(nèi),則系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)模式下的默認(rèn)狀態(tài),即窗戶半開,窗簾全開,等待下一步指令。

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圖4 機(jī)智云手機(jī)APP及控制核心板上數(shù)據(jù)顯示

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圖5 機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)數(shù)據(jù)顯示

窗戶附件用強(qiáng)光照射,窗戶保持狀態(tài)不變,窗簾關(guān)閉一半;用噴霧對(duì)窗戶附件加濕,模擬下雨天氣,則窗戶全關(guān),窗簾保持原狀態(tài);將灰塵散落在窗戶附件上模擬PM2.5含量過高的情形,此時(shí)窗戶全關(guān),窗簾保持不變。夜晚時(shí),光照強(qiáng)度為0,此時(shí)窗戶窗簾全關(guān);天亮?xí)r,光照強(qiáng)度恢復(fù)正常水平,窗戶打開一半,窗簾全開。測(cè)試結(jié)果滿足目標(biāo)要求。

5 結(jié)語

將物聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)化技術(shù)融入家居,是未來科技發(fā)展的趨勢(shì)之一。本智能窗戶窗簾控制及物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),包含窗戶和窗簾兩個(gè)控制部分,增加控制窗簾的功能在于應(yīng)對(duì)強(qiáng)光照射,減少人工操控,更加自動(dòng)化。

本系統(tǒng)借助物聯(lián)網(wǎng)智能化,通過綜合利用傳感器、單片機(jī)、電機(jī)和WiFi模塊來實(shí)現(xiàn)。窗戶窗簾通過接收外部環(huán)境數(shù)據(jù),與預(yù)設(shè)參數(shù)對(duì)比實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,同時(shí)也將數(shù)據(jù)及狀態(tài)上傳至云平臺(tái)和手機(jī)APP,便于使用者觀察。隨著人們對(duì)空氣質(zhì)量、自動(dòng)化要求的不斷提高,本系統(tǒng)可以有效滿足要求,方便人們的生活。

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    在物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代,智能硬件的快速發(fā)展為我們的生活帶來了便利和舒適。然而,對(duì)于用戶而言,智能設(shè)備的連接和配置往往是一個(gè)繁瑣的過程。為了解決這一問題,機(jī)智
    的頭像 發(fā)表于 03-26 16:36 ?674次閱讀

    基于 STM32 和機(jī)智智能門鎖的實(shí)現(xiàn)

    關(guān)鍵詞:智能門鎖、STM32、機(jī)智、APP目錄1、功能實(shí)現(xiàn)2、軟、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3、系統(tǒng)調(diào)試4、結(jié)論1功能實(shí)現(xiàn)本
    的頭像 發(fā)表于 03-23 08:09 ?1877次閱讀
    基于 STM32 和<b class='flag-5'>機(jī)智</b><b class='flag-5'>云</b><b class='flag-5'>智能</b>門鎖的實(shí)現(xiàn)

    基于機(jī)智聯(lián)網(wǎng)的PCR溫度控制

    本文設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)的PCR溫度控制系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準(zhǔn)確的溫度控制。通過將檢測(cè)設(shè)備端接入機(jī)智平臺(tái),使檢測(cè)人員能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控PCR儀的運(yùn)行
    的頭像 發(fā)表于 03-07 08:09 ?826次閱讀
    基于<b class='flag-5'>機(jī)智</b><b class='flag-5'>云</b>物<b class='flag-5'>聯(lián)網(wǎng)</b>的PCR溫度<b class='flag-5'>控制</b>

    機(jī)智平臺(tái)的高效溫濕度智能測(cè)控研發(fā)

    關(guān)鍵詞:機(jī)智平臺(tái);溫濕度測(cè)控;WiFi網(wǎng)絡(luò);高效精準(zhǔn);目錄1、功能實(shí)現(xiàn)2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)搭建3、物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)運(yùn)用4、系統(tǒng)算法設(shè)計(jì)5、APP演示6、
    的頭像 發(fā)表于 02-19 14:02 ?444次閱讀
    <b class='flag-5'>機(jī)智</b><b class='flag-5'>云</b>平臺(tái)的高效溫濕度<b class='flag-5'>智能</b>測(cè)控研發(fā)