一、項目概述

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 項目背景/選題動機

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)上的延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴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)計相關(guān)作品。

二、需求分析

2.1 功能要求

本設(shè)計智能傳感器節(jié)點完成如下任務(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、同時實現(xiàn)多路傳感器的信號采集；

3、節(jié)點具有網(wǎng)絡(luò)接口，可以以網(wǎng)頁的形式遠(yuǎn)程登錄節(jié)點，對節(jié)點進(jìn)行觀測；

4、可以實現(xiàn)節(jié)點參數(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；

2、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，TCP/IP協(xié)議分析，嵌入式web服務(wù)器的實現(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)的實現(xiàn)方法與算法；

6、數(shù)字PID算法的實現(xiàn)及參數(shù)整定等。

三、方案設(shè)計

3.1 系統(tǒng)功能實現(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、同時實現(xiàn)多路傳感器的信號采集；

3、節(jié)點具有網(wǎng)絡(luò)接口，可以以網(wǎng)頁的形式遠(yuǎn)程登錄節(jié)點，對節(jié)點進(jìn)行觀測；

4、可以實現(xiàn)節(jié)點參數(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擴展SD卡接口，以便擴展大容量存儲器，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；

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)計實現(xiàn)結(jié)果

實現(xiàn)該作品的軟硬件，能夠通過本地或遠(yuǎn)程的計算機通過網(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)計的作品實現(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。設(shè)計作品具有簡易的人際交互接口。