物聯(lián)網(wǎng)
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智能樓宇系統(tǒng)硬件設計開發(fā)
對于傳統(tǒng)的智能樓宇，其設計理念是基于綜合布線的方式，根據(jù)實踐看來，這種方式有許多弊病，比如會造成資源的浪費、增加修理難度、布線非常復雜，后期線路容易老化等等，相比而言，無線傳感網(wǎng)絡既能彌補以上缺點，又可以靈活擴展，實現(xiàn)遠程監(jiān)控，還能夠快速準確地診斷網(wǎng)絡故障，因此智能樓宇結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡是必然的發(fā)展趨勢。
無線傳感器網(wǎng)絡融合了許多技術，包括傳感器、嵌入式、無線通信技術、網(wǎng)絡技術，是一種名副其實的高科技集成產(chǎn)品。這是整個區(qū)域的原理，傳感器節(jié)點被放置在每個區(qū)域的實時采集和監(jiān)測信息，然后通過無線傳輸，從而實現(xiàn)人類智能和物理環(huán)境的統(tǒng)一，因此無線傳感器網(wǎng)絡在社會各個領域中的應用非常廣泛，實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、反恐行動和區(qū)域遠程智能遙控、工業(yè)和農(nóng)業(yè)領域，可以說無處不在，并具有很高的研究價值。在無線傳感器網(wǎng)絡技術的發(fā)展中，如果能對算法進行優(yōu)化，優(yōu)化覆蓋率，它將會有更好的效果，得到更廣泛地應用。
一、智能樓宇系統(tǒng)的硬件設計
智能無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)的整體框架采用分層結(jié)構(gòu)的基礎上，在實際環(huán)境中的傳感器節(jié)點的頂部，下一層傳輸網(wǎng)絡，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)運行過程中，傳感器節(jié)點的連續(xù)建筑照明，煙霧濃度的實時采集、溫度和濕度，而且視頻或圖像信息的實時采集，所有的信息都可以通過自組織形成的網(wǎng)絡獲得的傳感器數(shù)據(jù)采集后，所有的數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關節(jié)點。另一個網(wǎng)關通過傳輸網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)發(fā)送到基站。根據(jù)不同節(jié)點在無線傳感器網(wǎng)絡中的應用要求和分布是不同的，它分為四個模塊，包括處理器模塊、無線通信模塊、傳感器模塊和電源模塊?，F(xiàn)在來介紹一下這些模塊和相應的有代表性的芯片。
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、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，能夠滿足我們的需要。ARM2131開發(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公司提出的標準20引腳的JTAG仿真調(diào)試接口。當系統(tǒng)復位，LPC2131內(nèi)部接口啟用，這個時候可以直接進行JTAG仿真調(diào)試。LPC2131的通信是通過串口連接電腦實現(xiàn)。
2.2無線通信模塊
無線通信模塊的芯片選擇需要低能耗，并且符合相應的通訊標準，因此在此選擇了CC2420芯片來進行節(jié)點的設計。該芯片由Chipcon公司開發(fā)，符合ZigBee標準，是公共廣播頻率共享全球2．4GHz芯片的使用，并收集了ZigBee技術的優(yōu)勢，所以芯片已廣泛應用于無線射頻領域。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，CC2420芯片將經(jīng)過一系列處理接收信號的第一，如低噪聲放大器，信號適合于傳輸通道和I／O調(diào)制電路、變頻處理，混合信號進行濾波、放大，然后通過AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后自動增益控制和數(shù)字解調(diào)解擴后，在輸出端可以得到準確不失真的數(shù)據(jù)。
2.3傳感器模塊
傳感器是一種檢測裝置，由兩個部分組成，即敏感原件和轉(zhuǎn)換原件，它能實時檢測需要的信息，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，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、前級放大電路，濾波電路，以及后級放大電路。在智能樓宇監(jiān)控系統(tǒng)中，傳感器一定是整個系統(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，要求覆蓋整個區(qū)域，最好不要留下死角，從而實現(xiàn)對整個樓宇全方位的監(jiān)控。
2.4能量供應模塊
LPC2131的只需要一個3．3V的電源，該電源同時向單片機核心和I／O端口提供動力，但這種力量是需要轉(zhuǎn)換的，這里只提供三個電池(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，減少出錯的概率，通常是孤立的數(shù)字和模擬電源使用Ll，L2，要達到這個效果，spxl117—3．3具有輸出電流大的優(yōu)點，輸出電壓穩(wěn)定，且精度很高，在使用過程中電容器4。7uf改善瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性。
總結(jié)
從無線傳感器網(wǎng)絡的智能傳感器的經(jīng)驗，智能無線傳感器發(fā)展的三個階段，智能傳感器計算嵌入式傳感器，傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)采集和信息處理的能力，并增加無線智能傳感器和無線通信的能力，無線傳感器網(wǎng)絡在國內(nèi)已廣泛應用，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、環(huán)境監(jiān)測、偏遠地區(qū)的遠程控制、工業(yè)和農(nóng)業(yè)等，具有探索價值的一個非常大的研究。本文主要分析了智能大廈在節(jié)點的硬件設計無線傳感器網(wǎng)絡的應用中，智能大廈為應用背景，詳細介紹了無線傳感器網(wǎng)絡的硬件設計，包括處理器模塊、無線通信模塊、傳感器模塊、電源模塊四部分。
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