物联网智能汽车窗帘设计研究

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摘要：智能汽车窗帘主要解决的是免于手动的关闭并增加应用端Web页面加以控制，设计的汽车窗帘装置是基于树莓派作为主控芯片并且能够通过手机移动界面按钮控制窗帘的状态，用户可以通过手机页面中的关闭按钮加以控制，利用光照传感器识别外界温度触发电机拉伸汽车窗帘。

关键词：汽车窗帘；手机移动界面；光照传感器

近年来人们对汽车要求普遍提高还有对个人隐私保护意识的增强，汽车窗帘逐渐被人们广泛接受。作为汽车智能控制与人机交互的载体，智能汽车窗帘的智能化和自动化设计和研发尤为重要。目前来说，许多具有某种特定功能的智能窗帘被设计出来。例如，利用蓝牙通信实现无线控制，以Wi－Fi技术为支持、以无线路由器通信模块为辅助调节窗帘的打开和闭合，利用Wi－Fi无线通信技术实现对窗帘的智能控制。但是现有的汽车窗帘功能较为狭隘，既不能完全满足乘员的个性化需求，又无法根据汽车周围的环境变化和乘员的活动状态变化进行有效的智能控制。在经济高速发展和车载智能交互系统迅速兴起的大潮下，人们对驾乘体验有了更高的追求，专门的汽车窗帘随之出现并且不断发展，从单纯作为保护隐私的汽车贴膜到专门用于遮光的汽车窗帘，相似的装置被赋予了更多的功能。本文介绍一种结合手动与应用端页面交互的汽车窗帘的设计与实现。

1系统需求

整个系统需求大体上是角色分析：1）手动上，用户通过移动手机端界面调控窗帘。2）自动上，当光照传感器检测到外界温度过高达到预定值时，就会触发装置，进而带动电机使窗帘伸展。3）在性能上，该汽车窗帘简小便捷，上手体验效果很好，很安全，硬件方面不会对人造成威胁，还有可扩展性，后期可以对其增加一些其他功能模块，保证能够与时俱进，带来更好的用户体验。4）窗帘定义：车窗就是安装在汽车玻璃内测能够达到隔绝外界热气，遮挡阳光，还有保护个人隐私等作用的装置。

1．1角色需求分析

本装置的适用群体主要是普通家庭汽车，本系统针对广大用户，各年龄段用户都可轻易使用，操作简单，复杂性低。无论任何时候都可有效保护自己隐私，并且自动化程度高，在无线控制等方面有着明显的效果。

1．2设计的可行性分析

系统利用前端和后端相辅相成的方式开发。前端选用js进行页面的编写，后台使用基于Python的编程，采用分布式服务器进行处理。数据库采用MySQL对表中数据进行存储。在技术上使用了当前成熟的物联网通信、传感器组网、短距离无线通信技术等，例如光照强度传感器，就是通过收集太阳在其表面被照明程度的量来作用。

2系统的实现与详细设计

本文对于每一辆汽车窗帘子模块都在功能上做了详细设计，介绍了系统的主控制电路、各个传感器模块和短距离Wi－Fi无线模块［2］。在文章的结尾，将详细解释数据库设计方法。

2．1系统模块组成与原理

硬件主要有光照强度检测模块、Wi－Fi通信模块。汽车窗帘工作原理：分别在窗帘两端固定两个电机，接着每两个继电器都控制一个电机。通过温度传感器检测到温度过高，其中两个继电器控制一个电机使其向一个方向转动从而拉着窗帘走向另一端，打开的时候，通过软件页面使两个继电器控制另一个电机反方向转动，再把窗帘拉过去，从而实现窗帘的打开。系统结构图如1所示。

2．2硬件系统

2．2．1主控电路的设计与实现本平台提供的硬件数据采集系统涉及到多种数据的采集、传输，因此系统应该满足安全、稳定、低成本的开发需求。最后对窗帘的系统还有在性能的表现进行了概括，并且选择了Rasp-berryPi［1，5］作为获取有关硬件信息的主要主控制器。2．2．2Wi－Fi通信模块系统通过短距离无线通信模块对传感器数据以及控制命令的传输，工作流程为：1）打开Wi－Fi；2）给Wi－Fi模块进行上电，接着复位；3）SDIOrescan(SecureDigitalInputandOutputres-can数字输入输出扫描)识别出SDIO卡；4）加载以及驱动模块；5）接着进行驱动注册；6）然后进行下载，再烧录到模块，注册网卡，对数据结构以及函数进行初始化；7）对网卡设置参数；8）对周围网络进行扫描；9）扫描成功后连接到AP；10）动态主机配置协议（DHCP）。SOCKET由上层创建，网卡由IOCTL功能操作。每送出一个参数都由结构体完成，上述返回的结果也需通过结构体［3］这个桥梁。如图2所示。2．2．3直流步进电机电机工作：当一个信号脉冲由直流电动机发出时，系统就会获得一个位置增量，并且随之所产生的角位移量与传输的脉冲数成正比［4］。再通过电机控制绑在窗帘两端的绳子，电机转动时拉动绳子带动窗帘。如图3所示。2．2．4光照传感器模块光照传感器采用热点效应原理，用途主要是检测光照，将太阳发出的热量值转换成电压，当外界温度过高时会使其电压值过高，从而将数据传给主控芯片，工作流程如图4所示

2．3软件系统

2．3．1数据跟踪的设计以及实现本系统采用ESP8266模块并与后端服务器建立对等连接以及数据上传。服务器验证客户端上传的数据并通过审核。当通过由传感器模块采集到的数据超过或者低于预定值时，自动关闭窗帘。如图5所示。2．3．2Web页面应用端Web页面运用H5、CSS3、JavaScript开发出静态页面，数据库使用MySQL等实现网络数据库连接和处理。系统后端的数据检索和处理是结合Python的全栈框架（Django）实现的。数据库从温湿度传感器获取数据，与外界温度进行比较，超过定值触发电机转动。通过页面按钮向后端发请求，后端接受并处理进而控制电机转动，实现窗帘闭合。2．3．3数据库设计在存储数据方面，MySQL被数据库存储为关系数据库管理系统。关系数据库从光传感器接收温度数据，并从表格的应用程序页面中的关闭按钮记录背景数据。从而增加了速度的提取和灵活性。

3系统调试

硬件模块和软件模块分开调试。（1）硬件功能测试装置中电机的作用，装置被触发时，带动电机工作，两端的两个电机方向转动，从而带动其两端所绑定的窗帘挂绳，以实现汽车窗帘的开与闭。（2）软件测试界面：Web手机界面也是系统的功能之一。每次点击界面的控制按钮都会向后台发送数据请求，从而触发设备运行［6］，并且还可以通过Web界面查看实时状态。至此，基于树莓派的汽车窗帘研究工作已经基本完成，最后是对硬件和软件部分中的功能进行一系列的测试，以保证模块功能的完整性与执行的可靠性。

4结束语

本文设计了一种基于物联网的汽车窗帘系统［7］，该系统采用短距离无线通讯技术，实现了自主控制窗帘开与闭合功能。系统的设计已经接近尾声，每一个模块功能大体上已经完成。用户可以根据自己的需要设定窗帘的状态。后续可以进行优化，对模块细分，以及把前端［8］页面做得更加美观，完善汽车窗帘的功能和修复问题，让用户有更好的使用体验。

参考文献

［1］王德庆．用Python玩转树莓派和MegaPi［M］．北京：清华大学出版社出版，2019

［2］朱玉杰，曹嘉平，高志勇．基于TRIZ理论的智能汽车窗帘设计［J］．重庆理工大学学报（自然科学），2020，34（12）：53－58，79

［3］苏赐民，谭志清，周祖彬，等．以WiFi为技术支持的智能窗帘控制系统设计［J］．电子世界，2019（14）：168－169

［4］魏志丽．PLC控制步进伺服电机实现定位的几种方法［J］．现代制造技术与装备，2017（4）：160，164

［5］陈建皓．树莓派入门指南［M］．北京：人民邮电出版社，2014

［6］孙振利．电动汽车智能交互设计研究［J］．艺术科技，2016，29（3）：91

［7］詹学海，邵清亮，张琪，等．基于物联网技术的智能窗帘设计［J］．电子世界，2017（12）：83－84

［8］刘博文．深入浅出Vue．js［M］．北京：人民邮电出版社出版，2020

作者：连腾飞 喻恒 薛俊德 单位：平顶山学院信息工程学院