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IoT智慧生活

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智能樓宇系統硬件設計開發


對于傳統的智能樓宇,其設計理念是基于綜合布線的方式,根據實踐看來,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,無線傳感網絡既能彌補以上缺點,又可以靈活擴展,實現遠程監控,還能夠快速準確地診斷網絡故障,因此智能樓宇結合無線傳感器網絡是必然的發展趨勢。

無線傳感器網絡融合了許多技術,包括傳感器、嵌入式、無線通信技術、網絡技術,是一種名副其實的高科技集成產品。這是整個區域的原理,傳感器節點被放置在每個區域的實時采集和監測信息,然后通過無線傳輸,從而實現人類智能和物理環境的統一,因此無線傳感器網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、醫療、環境監測、反恐行動和區域遠程智能遙控、工業和農業領域,可以說無處不在,并具有很高的研究價值。在無線傳感器網絡技術的發展中,如果能對算法進行優化,優化覆蓋率,它將會有更好的效果,得到更廣泛地應用。

智能樓宇系統開發

一、智能樓宇系統的硬件設計

智能無線傳感器網絡系統的整體框架采用分層結構的基礎上,在實際環境中的傳感器節點的頂部,下一層傳輸網絡,然后下的基站,最后所有的基站連接到互聯網。在系統運行過程中,傳感器節點的連續建筑照明,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絡獲得的傳感器數據采集后,所有的數據發送到網關節點。另一個網關通過傳輸網絡將數據發送到基站。根據不同節點在無線傳感器網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。現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、速度快的優點,能夠滿足我們的需要。ARM2131開發板是一種使用外部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。

智能樓宇系統的硬件設計

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仿真調試接口。當系統復位,LPC2131內部接口啟用,這個時候可以直接進行JTAG仿真調試。LPC2131的通信是通過串口連接電腦實現。

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芯片來進行節點的設計。該芯片由Chipcon公司開發,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調制電路、變頻處理,混合信號進行濾波、放大,然后通過AD轉換器轉換為數字信號,然后自動增益控制和數字解調解擴后,在輸出端可以得到準確不失真的數據。

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,并且按照一定的規律把信息轉換為電信號,從而傳送到系統中去,這樣系統就能根據需要利用這些信息。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。在智能樓宇監控系統中,傳感器一定是整個系統中最首要的環節,并且在樓宇中需要布置大量的傳感器,要求覆蓋整個區域,最好不要留下死角,從而實現對整個樓宇全方位的監控。

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電流,然后通過C16和C20濾波最后spxlll7—3.3將電源電壓調整至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點,輸出電壓穩定,且精度很高,在使用過程中電容器4。7uf改善瞬態響應和穩定性。

總結

從無線傳感器網絡的智能傳感器的經驗,智能無線傳感器發展的三個階段,智能傳感器計算嵌入式傳感器,傳感器節點的數據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,無線傳感器網絡在國內已廣泛應用,包括軍事、瓦斯監控系統、智能家居、醫療、城市管理、反恐行動、環境監測、偏遠地區的遠程控制、工業和農業等,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點的硬件設計無線傳感器網絡的應用中,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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