智能傳感器節點(diǎn)能有多強大，這個(gè)方案告訴你

一、項目概述

1.1 引言

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱(chēng)叫“The Internet of things”。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。 物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過(guò)射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網(wǎng)絡(luò )。

1.2 項目背景/選題動(dòng)機

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)作為第三次信息革命的產(chǎn)物迅速發(fā)展起來(lái)，工業(yè)現場(chǎng)乃至家庭生活等各個(gè)領(lǐng)域都有物聯(lián)網(wǎng)的影子，第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò )；第二，其用戶(hù)端延伸和擴展到了任何物體與物體之間，進(jìn)行信息交換和通信。為此，我們設計相關(guān)作品。

二、需求分析

2.1 功能要求

本設計智能傳感器節點(diǎn)完成如下任務(wù)：

1、具有多種傳感器輸入接口（如檢測環(huán)境溫度、濕度、光照等參數）；

2、同時(shí)實(shí)現多路傳感器的信號采集；

3、節點(diǎn)具有網(wǎng)絡(luò )接口，可以以網(wǎng)頁(yè)的形式遠程登錄節點(diǎn)，對節點(diǎn)進(jìn)行觀(guān)測；

4、可以實(shí)現節點(diǎn)參數的設定，如傳感器校準、標度變換、冗余傳感器切換等；

5、可以實(shí)現某些控制功能，輸出信號為電壓、電流、PWM，控制相應的執行器完成閉環(huán)控制，并可進(jìn)行PID控制參數的選擇。

圖1 系統架構

2.2 性能要求

1、傳感器接口電路的設計；

2、計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，TCP/IP協(xié)議分析，嵌入式web服務(wù)器的實(shí)現；

3、傳感器的校準、標度變換、冗余備份技術(shù)；

4、電壓、電流、PWM等控制信號的輸出接口；

5、閉環(huán)控制系統的實(shí)現方法與算法；

6、數字PID算法的實(shí)現及參數整定等。

三、方案設計

3.1 系統功能實(shí)現原理

1、具有多種傳感器輸入接口（如檢測環(huán)境溫度、濕度、光照等參數）；

2、同時(shí)實(shí)現多路傳感器的信號采集；

3、節點(diǎn)具有網(wǎng)絡(luò )接口，可以以網(wǎng)頁(yè)的形式遠程登錄節點(diǎn)，對節點(diǎn)進(jìn)行觀(guān)測；

4、可以實(shí)現節點(diǎn)參數的設定，如傳感器校準、標度變換、冗余傳感器切換等；

5、可以實(shí)現某些控制功能，輸出信號為電壓、電流、PWM，控制相應的執行器完成閉環(huán)控制，并可進(jìn)行PID控制參數的選擇。

3.2 硬件平臺選用及資源配置

選用基于AVR32 AT32UC3A單片機控制器的評估套件和開(kāi)發(fā)系統EVK1100。

1、使用板載的部分傳感器做測試；

2、使用板載的以太網(wǎng)口與以太網(wǎng)進(jìn)行連接；

3、SPI擴展SD卡接口，以便擴展大容量存儲器，存儲歷史數據；

4、硬件其他資源的使用情況：

A、USART作為調試輔助以及另外一種參數設定或數據顯示的手段

B、處理器的PWM信號輸出方式

C、處理器內部AD轉換器作為模擬信號輸入通道

D、處理器內部計數器作為外部頻率信號的輸入通道

E、處理器內部定時(shí)器作為任務(wù)切換的分配器

F、處理器內部或外擴EEPROM存儲設定信息以及網(wǎng)絡(luò )地址信息

3.3系統軟件架構

1、模塊化程序設計；

2、主程序根據定時(shí)器時(shí)間片輪詢(xún)系統中的任務(wù)（無(wú)OS）；

3、以太網(wǎng)通信模塊，移植uIP網(wǎng)絡(luò )協(xié)議包；

4、傳感器參數設定及信息采集模塊（包含多個(gè)子模塊）；

5、控制參數設定及控制輸出模塊（包含多個(gè)子模塊）；

6、串口通信模塊；

7、SD卡讀寫(xiě)模塊；

8、鍵盤(pán)及顯示模塊；

9、基本信息參數設定模塊

3.4 系統軟件流程

程序運行流程圖

說(shuō)明：任務(wù)中有些任務(wù)在某個(gè)狀態(tài)可能是不需要的，輪詢(xún)跳過(guò)該任務(wù)。

3.4 系統預計實(shí)現結果

實(shí)現該作品的軟硬件，能夠通過(guò)本地或遠程的計算機通過(guò)網(wǎng)絡(luò )的方式訪(fǎng)問(wèn)到該作品，設定傳感器輸入輸出關(guān)系（標度變換公式），在網(wǎng)頁(yè)中顯示傳感器正常的物理量，如當前的溫濕度和光照等信息，能夠顯示這些參數的歷史曲線(xiàn)，并能通過(guò)網(wǎng)絡(luò )獲取歷史數據并保存；能夠使設計的作品實(shí)現一定的控制功能，如在沒(méi)有人參與的情況下進(jìn)行溫度、水位的控制，控制參數通過(guò)網(wǎng)絡(luò )網(wǎng)頁(yè)方式對作品進(jìn)行設計。設計作品具有簡(jiǎn)易的人際交互接口。