一、項(xiàng)目概述
1.1 引言
物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱叫“The Internet of things"。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)"。 物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。
1.2 項(xiàng)目背景/選題動機(jī)
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)作為第三次信息革命的產(chǎn)物迅速發(fā)展起來，工業(yè)現(xiàn)場乃至家庭生活等各個領(lǐng)域都有物聯(lián)網(wǎng)的影子，第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物體與物體之間，進(jìn)行信息交換和通信。為此，我們設(shè)計(jì)相關(guān)作品。
二、需求分析
2.1 功能要求
本設(shè)計(jì)智能傳感器節(jié)點(diǎn)完成如下任務(wù)：
1、具有多種傳感器輸入接口（如檢測環(huán)境溫度、濕度、光照等參數(shù)）；
2、同時實(shí)現(xiàn)多路傳感器的信號采集；
3、節(jié)點(diǎn)具有網(wǎng)絡(luò)接口，可以以網(wǎng)頁的形式遠(yuǎn)程登錄節(jié)點(diǎn)，對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行觀測；
4、可以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)參數(shù)的設(shè)定，如傳感器校準(zhǔn)、標(biāo)度變換、冗余傳感器切換等；
5、可以實(shí)現(xiàn)某些控制功能，輸出信號為電壓、電流、PWM，控制相應(yīng)的執(zhí)行器完成閉環(huán)控制，并可進(jìn)行PID控制參數(shù)的選擇。
圖1 系統(tǒng)架構(gòu)
2.2 性能要求
1、傳感器接口電路的設(shè)計(jì)；
2、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，TCP/IP協(xié)議分析，嵌入式web服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)；
3、傳感器的校準(zhǔn)、標(biāo)度變換、冗余備份技術(shù)；
4、電壓、電流、PWM等控制信號的輸出接口；
5、閉環(huán)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法與算法；
6、數(shù)字PID算法的實(shí)現(xiàn)及參數(shù)整定等。
三、方案設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理
1、具有多種傳感器輸入接口（如檢測環(huán)境溫度、濕度、光照等參數(shù)）；
2、同時實(shí)現(xiàn)多路傳感器的信號采集；
3、節(jié)點(diǎn)具有網(wǎng)絡(luò)接口，可以以網(wǎng)頁的形式遠(yuǎn)程登錄節(jié)點(diǎn)，對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行觀測；
4、可以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)參數(shù)的設(shè)定，如傳感器校準(zhǔn)、標(biāo)度變換、冗余傳感器切換等；
5、可以實(shí)現(xiàn)某些控制功能，輸出信號為電壓、電流、PWM，控制相應(yīng)的執(zhí)行器完成閉環(huán)控制，并可進(jìn)行PID控制參數(shù)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(jī)控制器的評估套件和開發(fā)系統(tǒng)EVK1100。
1、使用板載的部分傳感器做測試；
2、使用板載的以太網(wǎng)口與以太網(wǎng)進(jìn)行連接；
3、SPI擴(kuò)展SD卡接口，以便擴(kuò)展大容量存儲器，存儲歷史數(shù)據(jù)；
4、硬件其他資源的使用情況：
A、USART作為調(diào)試輔助以及另外一種參數(shù)設(shè)定或數(shù)據(jù)顯示的手段
B、處理器的PWM信號輸出方式
C、處理器內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器作為模擬信號輸入通道
D、處理器內(nèi)部計(jì)數(shù)器作為外部頻率信號的輸入通道
E、處理器內(nèi)部定時器作為任務(wù)切換的分配器
F、處理器內(nèi)部或外擴(kuò)EEPROM存儲設(shè)定信息以及網(wǎng)絡(luò)地址信息
3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)
1、模塊化程序設(shè)計(jì)；
2、主程序根據(jù)定時器時間片輪詢系統(tǒng)中的任務(wù)（無OS）；
3、以太網(wǎng)通信模塊，移植uIP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包；
4、傳感器參數(shù)設(shè)定及信息采集模塊（包含多個子模塊）；
5、控制參數(shù)設(shè)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(shù)設(shè)定模塊
3.4 系統(tǒng)軟件流程
程序運(yùn)行流程圖
說明：任務(wù)中有些任務(wù)在某個狀態(tài)可能是不需要的，輪詢跳過該任務(wù)。
3.4 系統(tǒng)預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)結(jié)果
實(shí)現(xiàn)該作品的軟硬件，能夠通過本地或遠(yuǎn)程的計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)的方式訪問到該作品，設(shè)定傳感器輸入輸出關(guān)系（標(biāo)度變換公式），在網(wǎng)頁中顯示傳感器正常的物理量，如當(dāng)前的溫濕度和光照等信息，能夠顯示這些參數(shù)的歷史曲線，并能通過網(wǎng)絡(luò)獲取歷史數(shù)據(jù)并保存；能夠使設(shè)計(jì)的作品實(shí)現(xiàn)一定的控制功能，如在沒有人參與的情況下進(jìn)行溫度、水位的控制，控制參數(shù)通過網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)頁方式對作品進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)具有簡易的人際交互接口。
