物聯(lián)網(wǎng)
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智能樓宇系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)
對(duì)于傳統(tǒng)的智能樓宇，其設(shè)計(jì)理念是基于綜合布線的方式，根據(jù)實(shí)踐看來(lái)，這種方式有許多弊病，比如會(huì)造成資源的浪費(fèi)、增加修理難度、布線非常復(fù)雜，后期線路容易老化等等，相比而言，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)既能彌補(bǔ)以上缺點(diǎn)，又可以靈活擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，還能夠快速準(zhǔn)確地診斷網(wǎng)絡(luò)故障，因此智能樓宇結(jié)合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是必然的發(fā)展趨勢(shì)。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)融合了許多技術(shù)，包括傳感器、嵌入式、無(wú)線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是一種名副其實(shí)的高科技集成產(chǎn)品。這是整個(gè)區(qū)域的原理，傳感器節(jié)點(diǎn)被放置在每個(gè)區(qū)域的實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測(cè)信息，然后通過(guò)無(wú)線傳輸，從而實(shí)現(xiàn)人類智能和物理環(huán)境的統(tǒng)一，因此無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛，實(shí)踐證明它能更好地滿足人們的需求，包括城市管理、軍事、醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、反恐行動(dòng)和區(qū)域遠(yuǎn)程智能遙控、工業(yè)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，可以說(shuō)無(wú)處不在，并具有很高的研究?jī)r(jià)值。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展中，如果能對(duì)算法進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化覆蓋率，它將會(huì)有更好的效果，得到更廣泛地應(yīng)用。
一、智能樓宇系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
智能無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整體框架采用分層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在實(shí)際環(huán)境中的傳感器節(jié)點(diǎn)的頂部，下一層傳輸網(wǎng)絡(luò)，然后下的基站，最后所有的基站連接到互聯(lián)網(wǎng)。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，傳感器節(jié)點(diǎn)的連續(xù)建筑照明，煙霧濃度的實(shí)時(shí)采集、溫度和濕度，而且視頻或圖像信息的實(shí)時(shí)采集，所有的信息都可以通過(guò)自組織形成的網(wǎng)絡(luò)獲得的傳感器數(shù)據(jù)采集后，所有的數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。另一個(gè)網(wǎng)關(guān)通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到基站。根據(jù)不同節(jié)點(diǎn)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用要求和分布是不同的，它分為四個(gè)模塊，包括處理器模塊、無(wú)線通信模塊、傳感器模塊和電源模塊?，F(xiàn)在來(lái)介紹一下這些模塊和相應(yīng)的有代表性的芯片。
二、智能樓宇系統(tǒng)的模塊組成
2.1處理器模塊
處理器有很多選擇，包括單片機(jī)、PLC等，這里選擇的是嵌入式處理器，ARM7的ARM系列ARM2131芯片，該芯片具有容量大、速度快的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足我們的需要。ARM2131開(kāi)發(fā)板是一種使用外部11．0592MHz晶振，這可以增加串口波特率的準(zhǔn)確性，PLL和ISP也可以支持LPC2131微控制器芯片。
如圖所示，JTAG接口電路采用了ARM公司提出的標(biāo)準(zhǔn)20引腳的JTAG仿真調(diào)試接口。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位，LPC2131內(nèi)部接口啟用，這個(gè)時(shí)候可以直接進(jìn)行JTAG仿真調(diào)試。LPC2131的通信是通過(guò)串口連接電腦實(shí)現(xiàn)。
2.2無(wú)線通信模塊
無(wú)線通信模塊的芯片選擇需要低能耗，并且符合相應(yīng)的通訊標(biāo)準(zhǔn)，因此在此選擇了CC2420芯片來(lái)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。該芯片由Chipcon公司開(kāi)發(fā)，符合ZigBee標(biāo)準(zhǔn)，是公共廣播頻率共享全球2．4GHz芯片的使用，并收集了ZigBee技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，所以芯片已廣泛應(yīng)用于無(wú)線射頻領(lǐng)域。該芯片還包含了一些額外的功能。并需要很少的外部元件，性能非常穩(wěn)定，功耗非常低，并可以保證短距離通信的可靠性和有效性。天線接收信號(hào)，CC2420芯片將經(jīng)過(guò)一系列處理接收信號(hào)的第一，如低噪聲放大器，信號(hào)適合于傳輸通道和I／O調(diào)制電路、變頻處理，混合信號(hào)進(jìn)行濾波、放大，然后通過(guò)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后自動(dòng)增益控制和數(shù)字解調(diào)解擴(kuò)后，在輸出端可以得到準(zhǔn)確不失真的數(shù)據(jù)。
2.3傳感器模塊
傳感器是一種檢測(cè)裝置，由兩個(gè)部分組成，即敏感原件和轉(zhuǎn)換原件，它能實(shí)時(shí)檢測(cè)需要的信息，還能采集這些信息，并且按照一定的規(guī)律把信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而傳送到系統(tǒng)中去，這樣系統(tǒng)就能根據(jù)需要利用這些信息。傳感器的采集模塊主要包括傳感元件、輔助電路、前級(jí)放大電路，濾波電路，以及后級(jí)放大電路。在智能樓宇監(jiān)控系統(tǒng)中，傳感器一定是整個(gè)系統(tǒng)中最首要的環(huán)節(jié)，并且在樓宇中需要布置大量的傳感器，要求覆蓋整個(gè)區(qū)域，最好不要留下死角，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)樓宇全方位的監(jiān)控。
2.4能量供應(yīng)模塊
LPC2131的只需要一個(gè)3．3V的電源，該電源同時(shí)向單片機(jī)核心和I／O端口提供動(dòng)力，但這種力量是需要轉(zhuǎn)換的，這里只提供三個(gè)電池(4．5V)或USB(5V)供電，L3電感在電路限制瞬態(tài)電流，然后通過(guò)C16和C20濾波最后spxlll7—3．3將電源電壓調(diào)整至3．3V。LPC2131，為了降低噪聲，減少出錯(cuò)的概率，通常是孤立的數(shù)字和模擬電源使用Ll，L2，要達(dá)到這個(gè)效果，spxl117—3．3具有輸出電流大的優(yōu)點(diǎn)，輸出電壓穩(wěn)定，且精度很高，在使用過(guò)程中電容器4。7uf改善瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。
總結(jié)
從無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能傳感器的經(jīng)驗(yàn)，智能無(wú)線傳感器發(fā)展的三個(gè)階段，智能傳感器計(jì)算嵌入式傳感器，傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和信息處理的能力，并增加無(wú)線智能傳感器和無(wú)線通信的能力，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在國(guó)內(nèi)已廣泛應(yīng)用，包括軍事、瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)、智能家居、醫(yī)療、城市管理、反恐行動(dòng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、偏遠(yuǎn)地區(qū)的遠(yuǎn)程控制、工業(yè)和農(nóng)業(yè)等，具有探索價(jià)值的一個(gè)非常大的研究。本文主要分析了智能大廈在節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中，智能大廈為應(yīng)用背景，詳細(xì)介紹了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)計(jì)，包括處理器模塊、無(wú)線通信模塊、傳感器模塊、電源模塊四部分。
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