基于单片机的智能遥控窗帘设计【开题报告】

毕业设计开题报告

电子信息工程

基于单片机的智能遥控窗帘设计

1选题的背景、意义

随着现代控制技术的快速发展和传统工业改造的逐步实现，智能系统已经应用于我们生活工作的各个领域。其中包括环境照明系统，家庭影院影音系统，安防监控系统，公共广播/背景音乐系统,会议系统，空调系统等一系列日常生活中的智能系统已经进入我们的视线。这些智能系统的飞速发展，标志着人们对家庭生活舒适性的需求越来越强烈，而窗帘作为每个家庭的家居必须用品，自然也需要满足人们对更舒适性、更智能化的需求。

窗帘的基本作用无非是保护业主的个人隐私、遮阳挡尘以及装饰房间，但传统的窗帘必须由人手动拉动，特别是别墅或复式房的落地窗帘，往往笨重宽大，需要很大的力量才能开关窗帘，很不方便。于是各种智能窗帘系统在最近几年得到迅速发展，它可以广泛应用于智能大厦、高级公寓、酒店和别墅等场所，只要轻按一下开关，窗帘就能自动开合，非常方便。

目前市场上出现的智能遥控窗帘设计，大部分能够根据使用者的要求进行一定的智能调节。这其中又分为遥控控制和自动控制这两种模式。现代人所需要的智能遥控窗帘系统，它要求安装简单方便，可维护性好，性价比高。除了能应用于酒店、智能大厦、高级公寓、别墅等各个场所外，还需要应用于普通家庭、商务楼层等场所，并实现窗帘的自动开关，远程控制等高级控制功能，真正让窗帘与居室的表现力息息相关,在家居软装饰设计中恰到好处，成为现代家居的一道亮丽风景线[1]。

由此可见，基于无线模块和传感器的智能设备将在市场上越来越普及，包括智能窗帘在内，其市场竞争也将越来越激烈。

2相关研究的最新成果及动态

2.1 nRF24L01无线模块

无线遥控系统一般由两部分组成，其中包括手持端发射器和控制端接收器。手持端通过按键操作发射操作人员所发出的指令，经过并行、串行变换、信号程序控制、纠错信号等处理形成数字码，经过载波调制后用无线电波发射出去。控制端接收由发射器发出的电波，读取发射器发出的载波信号并解调译码为代表操纵内容的数字信号，经过驱动放大等处理后发出继电器控制信号[2]。近年来nRF24L01无线模块被普遍应用与各个无线遥控系统中。

现代意义上的无线遥控是指实现对被控目标的非接触遥远控制[3]，在航空航天、工业控制、家电生活领域应用广泛。无线遥控和无线传输系统相比有线和红外设备具有更高的移动自由度。由此使无线遥控装置和无线传输系统在家电领域的应用越来越广泛。相对电线连线的优点在于安装成本低(无需布线、无需重新装潢)，提高了灵活性并降低了维护成本。

nRF24L01是一款全球性，免许可证的2.4 GHz ISM单片射频收发器件。其成本低，设计融合了高通信(高达2 Mbit/s)与低功耗(接收器电流仅为12.5 mA)的特点[4]。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率发射时，工作电流也只有9 mA;接收时，工作电流只有12.3 mA，多种低功率工作模式使节能设计更方便。如内置模式的省电模式(电流400nA)和待机模式(130μs，开机时32μA)，可以轻松实现能耗的显著降低[5]。

目前无线遥控系统在工业界和大工业环境中有着巨大的应用。在厂房公用设施方面如工业用门、门形框架、升降柜、照明和平台的控制等。在工业中如机器控制、装置控制、转运装置、压力机控制、地面和空中传送系统、动态仓储等[6]。而它在生活家居上的应用也越来越广泛，如家庭安全防范系统、照明控制、远程温控系统以及智能窗帘系统等。

2.2 光电传感器

光电传感器则是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变

化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号[7]，由此可以实现智能系统随环境光的变化而进行开关。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电传感器在检测和控制中应用非常广泛。咨询公司INTECHNOCONSULTING 的传感器市场报告显示，2008年全球传感器市场容量为506亿美元，今后将逐年大幅增加。调查显示，东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区，而美国、德国、日本依旧是传感器市场分布最大的地区。近观未来传感器的发展趋势，光电传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。

光电传感器具有检测距离长、对检测物体的限制少、响应时间短、分辨率高、可实现非接触的检测、可实现颜色判别、便于调整等特点。由于这些特点，光电传感器被广泛应用于工业自动化装置和智能家居设备中。

2.3 AVR单片机

现代计算机技术的产业革命，将世界经济从资本经济带入到知识经济时代。在电子世界领域，从20世纪中的无线电时代也进入到21世纪以计算机技术为中心的智能化现代电子系统时代[8]。现代电子系统的基本核心是嵌入式计算机系统(简称嵌入式系统)，它将计算机嵌入到对象体系中，实现对象体系的智能控制[9]。而单片机是最典型、最广泛、最普及的嵌入式系统。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。用单片机可以构成形式多样的智能控制系统、数据采集系统。现代的单片机普遍具备各种接口，可以很方便地与外设进行数据信号交换，为在计算机网络和电机设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的智能设备基本上都用到单片机实现控制[10]，从DVD、汽车、打印机、航天飞机、导弹的制导系统、再到日常工作中随处可见的MP3，手机等。在单片机选择上，这里选择了性价比表现突出的ATmega16单片机，它是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器，由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，它的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz。

AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC精简指令集高速8位单片机。高可靠性、功能强、高速度、低功耗和低价位一直是衡量单

片机的重要指标，而AVR单片机是典型高性能单片机[11]，相比51单片机，它的速度是后者的12倍到24倍。自从它面市之后，利用它开发出的产品就层出不穷，被应用到各种，虽然目前AVR的市场占有率还是不如PIC与51，但AVR的优点使得AVR 的市场占有一直在扩展，其年用量也一直在上涨。本课题所研究的系统将以AVR 单片机为控制核心，以nRF24L01无限模块作为收发信号的枢纽，通过遥控信号和光电信号来控制电机，从而实现窗帘的智能控制。单片机在使用时处于测控系统的核心地位[12],实现程序的拓展存储，并配以外部接口电路，实现对外围设备的控制[13]。

3 课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标

3.1研究的内容及方法：

本次课题提出了一个基于单片机的智能遥控窗帘设计，以AVR单片机作为控制核心，并配以各种外设比如传感器以及电机，采用软硬件结合的方法，初步实现窗帘的智能控制。其中硬件部分包括硬件电路的设计及制板调试，软件部分包括各个功能模块的流程图设计，及满足系统的测试、控制要求的程序编写。

3.2 研究难点：

(1)硬件选择上，包括核心芯片、无线模块和控制电机的选择。硬件设施的

选择要坚持高效可靠、价廉低耗的原则，并且要考虑设备的可扩展性能，以及是否方便维护。ATmega16单片机和nRF24L01无线模块在这方面是很

好的选择。

(2)整体性能。通常意义上的性能，实际上是指产品的功能和质量两个方面。

功能是构成竞争力的首要要素[14]。质量则是指产品能实现其功能的程度

和在使用期内功能的保持性，质量可以定义为“实现功能的程度和持久

性的度量[15]”，使它在设计中便于参数化和赋值。在本系统的设计中要兼

顾功能和质量两方面。

(3)整体环境中的应用。虽然一个系统不能做到适应于任何环境，但设计时

如果能让它具有良好的可扩展性及可靠性，就能够方便的改装并使之能

很快的使用到各个环境中，实现所需要的功能。

3.3预期达到的目标：

完成电路板的绘制，实现系统的基本功能，如自动光感调节和手动遥控窗帘。如有时间，则在此基础上继续拓展其它功能，如定时控制、速度调节，并增加其对环境的兼容性。

4研究工作详细进度和安排

2010年11月23日—2010年12月5日布置毕业设计任务，讲解毕业设计的方法和步骤，查找、分析相关文献资料；

2010年12月6日—2011年1月10日初步拟定系统采取的研究方法、设计路线，完成文献综述、外文翻译的撰写；

2011年1月11日—2011年3月5日整理相关资料，确定系统完成的主要功能，绘制系统的流程图。完成开题报告；

2011年3月5日—2011年4月8日进行详细的系统分析，完成电路的设计，每周汇总情况、问题和进度一次，各人随时可通过电话、ICQ或E-MAIL联系。开始撰写论文大纲及初稿；

2011年4月9日—2011年5月3日系统开发、代码设计、系统调试、修改及优化阶段；

2011年5月4日—2011年5月26日完成毕业论文并提交；

2011年5月27日—2011年5月29日毕业论文答辩；

5参考文献

［1］代岩峰.浅谈室内设计中窗帘的软装饰意义.科教文汇(上旬刊)，2009-12 ［2］陈富强，李浩宾.一种采用无线遥控系统的葫芦行车遥控的设计. 河南省信息化电器重点实验室，2010-04