智能传感器节点能有多强大，这个方案告诉你

一、项目概述

1.1 引言

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。物联网的英文名称叫“The Internet of things”。顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”。 物联网的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

1.2 项目背景/选题动机

物联网技术已经作为第三次信息革命的产物迅速发展起来，工业现场乃至家庭生活等各个领域都有物联网的影子，第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。为此，我们设计相关作品。

二、需求分析

2.1 功能要求

本设计智能传感器节点完成如下任务：

1、具有多种传感器输入接口（如检测环境温度、湿度、光照等参数）；

2、同时实现多路传感器的信号采集；

3、节点具有网络接口，可以以网页的形式远程登录节点，对节点进行观测；

4、可以实现节点参数的设定，如传感器校准、标度变换、冗余传感器切换等；

5、可以实现某些控制功能，输出信号为电压、电流、PWM，控制相应的执行器完成闭环控制，并可进行PID控制参数的选择。

图1 系统架构

2.2 性能要求

1、传感器接口电路的设计；

2、计算机网络技术，TCP/IP协议分析，嵌入式web服务器的实现；

3、传感器的校准、标度变换、冗余备份技术；

4、电压、电流、PWM等控制信号的输出接口；

5、闭环控制系统的实现方法与算法；

6、数字PID算法的实现及参数整定等。

三、方案设计

3.1 系统功能实现原理

1、具有多种传感器输入接口（如检测环境温度、湿度、光照等参数）；

2、同时实现多路传感器的信号采集；

3、节点具有网络接口，可以以网页的形式远程登录节点，对节点进行观测；

4、可以实现节点参数的设定，如传感器校准、标度变换、冗余传感器切换等；

5、可以实现某些控制功能，输出信号为电压、电流、PWM，控制相应的执行器完成闭环控制，并可进行PID控制参数的选择。

3.2 硬件平台选用及资源配置

选用基于AVR32 AT32UC3A单片机控制器的评估套件和开发系统EVK1100。

1、使用板载的部分传感器做测试；

2、使用板载的以太网口与以太网进行连接；

3、SPI扩展SD卡接口，以便扩展大容量存储器，存储历史数据；

4、硬件其他资源的使用情况：

A、USART作为调试辅助以及另外一种参数设定或数据显示的手段

B、处理器的PWM信号输出方式

C、处理器内部AD转换器作为模拟信号输入通道

D、处理器内部计数器作为外部频率信号的输入通道

E、处理器内部定时器作为任务切换的分配器

F、处理器内部或外扩EEPROM存储设定信息以及网络地址信息

3.3系统软件架构

1、模块化程序设计；

2、主程序根据定时器时间片轮询系统中的任务（无OS）；

3、以太网通信模块，移植uIP网络协议包；

4、传感器参数设定及信息采集模块（包含多个子模块）；

5、控制参数设定及控制输出模块（包含多个子模块）；

6、串口通信模块；

7、SD卡读写模块；

8、键盘及显示模块；

9、基本信息参数设定模块

3.4 系统软件流程

程序运行流程图

说明：任务中有些任务在某个状态可能是不需要的，轮询跳过该任务。

3.4 系统预计实现结果

实现该作品的软硬件，能够通过本地或远程的计算机通过网络的方式访问到该作品，设定传感器输入输出关系（标度变换公式），在网页中显示传感器正常的物理量，如当前的温湿度和光照等信息，能够显示这些参数的历史曲线，并能通过网络获取历史数据并保存；能够使设计的作品实现一定的控制功能，如在没有人参与的情况下进行温度、水位的控制，控制参数通过网络网页方式对作品进行设计。设计作品具有简易的人际交互接口。