智能窗帘电机 · 软件架构与设计实战

课程导论与行业背景

智能窗帘市场现状、技术趋势、课程目标与学习路径。

系统需求分析

功能需求（开/关/停/百分比）、非功能需求（低功耗/低噪音/安全）、用例图与状态机。

硬件平台选型

主控芯片（ESP32/STM32）、电机驱动（ULN2003/DRV8833）、通信模块（WiFi/蓝牙/Zigbee）、传感器（霍尔/限位）。

软件架构设计原则

分层架构（HAL/OSAL/APP）、模块化设计、接口隔离原则、依赖倒置。

RTOS选型与移植

FreeRTOS vs RT-Thread，任务创建、调度策略、内存管理、中断管理。

电机控制基础

直流电机原理、PWM调速、H桥电路、正反转控制、刹车与滑行。

步进电机控制

步进电机原理、细分驱动、加减速曲线（梯形/S形）、位置闭环。

传感器驱动开发

霍尔传感器（速度检测）、限位开关（行程校准）、电流检测（堵转保护）。

通信协议栈设计

WiFi配网（SmartConfig/BLUFI）、MQTT协议封装、JSON数据格式、心跳与重连机制。

蓝牙Mesh组网

蓝牙Mesh协议栈、节点角色（Provisioner/Node）、组播与单播、场景联动。

Zigbee协议实现

Zigbee3.0、绑定表、属性报告、OTA升级。

用户交互层设计

App指令解析、语音控制（小爱/天猫精灵）对接、本地按键与遥控器。

状态机与任务调度

窗帘状态定义（开/关/暂停/校准）、状态转换表、任务优先级设计。

位置与速度闭环控制

PID控制器原理、位置环+速度环串级PID、参数整定方法。

堵转与过流保护

电流采样电路、堵转检测算法、自动恢复策略、日志记录。

低功耗设计

睡眠模式（Modem-sleep/Light-sleep/Deep-sleep）、唤醒源配置、功耗测量与优化。

OTA固件升级

分区表设计、固件签名与校验、断点续传、回滚机制。

日志与调试系统

日志等级（Error/Warn/Info/Debug）、串口调试命令、RTT与SEGGER SystemView。

单元测试与模拟

Unity/CMock框架、硬件抽象层Mock、CI/CD集成。

集成测试与压力测试

自动化测试脚本、长时间运行测试、边界条件测试。

固件加密、通信加密（TLS/DTLS）、防重放攻击、安全启动。

多电机同步控制

总线同步机制、相位差补偿、群组控制协议。

场景与自动化

定时任务（RTC）、光照联动、天气联动（API接入）。

本地语音控制

离线语音识别（SU-03T）、词条定制、降噪处理。

边缘计算与AI

本地智能决策（光线/温度/时间）、异常行为检测。

量产与校准

产测工具设计、校准流程（行程/力度）、序列号与密钥烧录。

故障诊断与远程运维

故障码定义、远程日志拉取、看门狗与复位记录。

代码尺寸优化、RAM优化、启动时间优化、实时性优化。

认证与合规

CE/FCC认证要点、SRRC认证、RoHS/REACH。

项目总结与展望

架构复盘、常见坑总结、未来趋势（Matter协议/无刷电机）。

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