物聯網智能傳感器節點系統方案

一、項目概述

　　1.1 引言

　　物聯網是新一代信息技術的重要組成部分。物聯網的英文名稱叫“The Internet of things"。顧名思義，物聯網就是“物物相連的互聯網"。 物聯網的定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物體與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

　　1.2 項目背景/選題動機

　　物聯網技術已經作為第三次信息革命的產物迅速發展起來，工業現場乃至家庭生活等各個領域都有物聯網的影子，第一，物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物體與物體之間，進行信息交換和通信。為此，我們設計相關作品。

　　二、需求分析

　　2.1 功能要求

　　本設計智能傳感器節點完成如下任務：

　　1、具有多種傳感器輸入接口（如檢測環境溫度、濕度、光照等參數）；

　　2、同時實現多路傳感器的信號采集；

　　3、節點具有網絡接口，可以以網頁的形式遠程登錄節點，對節點進行觀測；

　　4、可以實現節點參數的設定，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控制，并可進行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、計算機網絡技術，TCP/IP協議分析，嵌入式web服務器的實現；

　　3、傳感器的校準、標度變換、冗余備份技術；

　　4、電壓、電流、PWM等控制信號的輸出接口；

　　5、閉環控制系統的實現方法與算法；

　　6、數字PID算法的實現及參數整定等。

　　三、方案設計

　　3.1 系統功能實現原理

　　1、具有多種傳感器輸入接口（如檢測環境溫度、濕度、光照等參數）；

　　2、同時實現多路傳感器的信號采集；

　　3、節點具有網絡接口，可以以網頁的形式遠程登錄節點，對節點進行觀測；

　　4、可以實現節點參數的設定，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控制，并可進行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發系統EVK1100。

　　1、使用板載的部分傳感器做測試；

　　2、使用板載的以太網口與以太網進行連接；

　　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、處理器內部定時器作為任務切換的分配器

　　F、處理器內部或外擴EEPROM存儲設定信息以及網絡地址信息

　　3.3系統軟件架構

　　1、模塊化程序設計；

　　2、主程序根據定時器時間片輪詢系統中的任務（無OS）；

　　3、以太網通信模塊，移植uIP網絡協議包；

　　4、傳感器參數設定及信息采集模塊（包含多個子模塊）；

　　5、控制參數設定及控制輸出模塊（包含多個子模塊）；

　　6、串口通信模塊；

　　7、SD卡讀寫模塊；

　　8、鍵盤及顯示模塊；

　　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

　　說明：任務中有些任務在某個狀態可能是不需要的，輪詢跳過該任務。

　　3.4 系統預計實現結果

　　實現該作品的軟硬件，能夠通過本地或遠程的計算機通過網絡的方式訪問到該作品，設定傳感器輸入輸出關系（標度變換公式），在網頁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，并能通過網絡獲取歷史數據并保存；能夠使設計的作品實現一定的控制功能，如在沒有人參與的情況下進行溫度、水位的控制，控制參數通過網絡網頁方式對作品進行設計，系統具有簡易的人際交互接口。