基于嵌入式的傳感器網(wǎng)絡(luò)智能控制端設(shè)計與實現(xiàn)

劉燚榮

（大連航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，大連 116011）

近些年來，隨著網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)程的不斷發(fā)展，用戶信息存儲量顯著提高，且用戶對于信息控制的相關(guān)需求顯著加強(qiáng)。在此過程中，嵌入式操作平臺憑借自身精簡性高、專業(yè)化程度高等優(yōu)勢，逐漸演變成為智能控制端的重要組成部分。可以說，若想構(gòu)建出能耗穩(wěn)定且控制效率高的傳感器網(wǎng)絡(luò)智能控制端，就必須以嵌入式操作平臺為基準(zhǔn)，形成基于嵌入式的傳感器網(wǎng)絡(luò)智能控制端設(shè)計系統(tǒng)。目前，這項研究工作基本上成為國際科研組織的重點踐行項目，必須予以重點貫徹與落實。

1 基于嵌入式傳感器網(wǎng)絡(luò)智能控制端的設(shè)計方法分析

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

基于嵌入式傳感器網(wǎng)絡(luò)智能控制端在系統(tǒng)構(gòu)建方面，主要以傳感器網(wǎng)絡(luò)與終端組成。其中，傳感器網(wǎng)絡(luò)以采集模塊、微處理模塊以及智能通信模塊組成。基于嵌入式傳感器網(wǎng)絡(luò)智能控制系統(tǒng)利用傳感器網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對待測設(shè)備信息的采集工作。并于終端處，利用嵌入式操作方法，完成對整個系統(tǒng)的控制作用。介于嵌入式平臺精度高、造價低的優(yōu)勢，基本上可以確保資源的有效配置效果，實現(xiàn)準(zhǔn)確控制指令[1]。

1.2 采集模塊設(shè)計方法

一般來說，采集模塊主要利用傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點信號實現(xiàn)采集過程，將采集到的信號完全轉(zhuǎn)換成為頻率較為穩(wěn)定的電流信號及電壓信號。然而，在實際運(yùn)行過程中，該采集模塊涉及到的工作量眾多，使得整體能耗偏高。在這里，本人建議在傳感器網(wǎng)絡(luò)的選取方面，最好采用一體化渦流變送器，實現(xiàn)對采集模塊信號的處理作用。與此同時，傳感器網(wǎng)絡(luò)智能控制端嵌入式操作系統(tǒng)可以選用兼?zhèn)錅囟戎蹬c濕度值功能的傳感器，如PT100傳感器。如果待測信號還包括其他類型，可根據(jù)實際情況添加特定功能的元件設(shè)施。需要注意的是，在采集電力信號的過程中，如傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓、電流等參數(shù)，需要針對傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中的電壓、電流等信號情況，進(jìn)行合理采集。

1.3 微處理模塊設(shè)計

傳感器網(wǎng)絡(luò)微處理模塊在某些層面上，主要充當(dāng)管理者的角色，屬于傳感器網(wǎng)絡(luò)智能控制嵌入式操作系統(tǒng)的核心部分。主要根據(jù)采集模塊提供的信號，進(jìn)行統(tǒng)一化管理，防止模塊采集過程中，出現(xiàn)電流信號或者電壓信號能量丟失問題。如此一來，基本上可以有效降低傳感器網(wǎng)絡(luò)智能控制端嵌入式操作系統(tǒng)的不足問題，如能耗程度過重等[2]。

1.4 智能通信模塊設(shè)計

智能通信模塊設(shè)計主要通過CC2420射頻收發(fā)器進(jìn)行合理實現(xiàn)。一般來說，CC2420射頻收發(fā)器在接收到微處理模塊傳輸數(shù)據(jù)的時候，即電壓信號、電流信號之后，往往會利用自身壓控振蕩器以及皮爾斯振蕩器，針對電壓信號與電力信號情況，進(jìn)行放大處理，目的在于及時形成射頻信號。并在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)射頻信號的變頻、過濾等功能，確保信號處理效率。

2 軟件設(shè)計方案

傳感器網(wǎng)絡(luò)智能控制端嵌入式操作系統(tǒng)在終端管理方面，最好嚴(yán)格按照既定工作流程進(jìn)行設(shè)計與管理。一般來說，采集模塊需要根據(jù)終端軟件發(fā)出的指令，對傳感器涉及到的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點信號進(jìn)行合理采集。根據(jù)上述內(nèi)容可知，傳感器網(wǎng)絡(luò)智能控制端嵌入式操作系統(tǒng)在傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的選取方面，基本上是以PT100傳感器節(jié)點、一體化渦流變送器節(jié)點以及CC2420射頻收發(fā)器階段為主，能夠有效采集關(guān)于溫度、濕度以及壓力等方面的參數(shù)數(shù)據(jù)。在正式運(yùn)行過程中，采各模塊電路中的計時器會根據(jù)傳感器節(jié)點信號采集要求，實現(xiàn)智能化控制效果。此時，計時器采集到的信號會經(jīng)過系列處理作用，傳送到終端當(dāng)中，由終端完成信號數(shù)據(jù)的分析工作[3]。

3 實驗結(jié)果與分析

3.1 能耗測試與分析

介于待測設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的不同，導(dǎo)致其所產(chǎn)生的信息也存在較大差異。針對于此，我們在確保其它因素條件不變的前提下，將待測設(shè)備分別置于10℃與25℃的環(huán)境當(dāng)中。并利用單片機(jī)智能控制端嵌入式操作系統(tǒng)與本文設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行對比，主要根據(jù)信息采集過程產(chǎn)生的能耗值進(jìn)行對比，并進(jìn)行分別記錄。根據(jù)實驗表明，在25℃條件下，智能控制端嵌入式操作系統(tǒng)產(chǎn)生的能耗信息與采集時間能耗處在的變動效果不是特別明顯，平均值明顯基于單片機(jī)，可以證明本文系統(tǒng)具備能耗穩(wěn)定的特點。

3.2 控制效率測試與分析

基于實驗條件相同的情況下，改變待測系統(tǒng)的測量節(jié)點距離，并分別記錄二者控制效率變化情況。根據(jù)實驗結(jié)果顯示，本文所設(shè)計的系統(tǒng)在控制效率表現(xiàn)方面，更具備高效特征。

4 結(jié)束語

本文在研究基于嵌入式的傳感器網(wǎng)絡(luò)智能控制端設(shè)計系統(tǒng)的過程中，主要以嵌入式ARM 處理器的小型恒壓控制系統(tǒng)為主，在硬件選取方面主要以S3C2440芯片為控制要素。利用主控芯片外圍接口手段，擴(kuò)展硬件電路系統(tǒng)，目的在于對步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行精準(zhǔn)控制，以期實現(xiàn)系統(tǒng)高精度化控制特征，加強(qiáng)系統(tǒng)能耗穩(wěn)定性與控制效率性。根據(jù)實踐結(jié)果來看，本文設(shè)計的系統(tǒng)往往具備較高控制精度，具有較大的應(yīng)用價值。