基于嵌入式的传感器网络智能控制端设计与实现

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摘 要： 由于用户信息量庞大且多样，使得传统智能控制端嵌入式操作系统无法对其进行有效控制，能耗不稳且控制效率低。因此，构建能耗稳定且控制效率高的智能控制端嵌入式操作系统，该系统由传感器网络和终端组成。传感器网络由采集模块、微处理模块和智能通信模块组成。采集模块利用PT100传感器采集传感器网络节点信号，并经由AD7793模/数转换器将初始信号转换成电流信号和电压信号。微处理模块集中管理采集模块传输来的信号，并将管理后的信号传输到智能通信模块中进行多步处理，以获取电压和电流的最终信号。终端管理整个系统的工作流程，并通过处理电压和电流的最终信号，提供给用户多种控制指令。软件给出了终端控制信号采集工作的流程图，以及系统调用电压和电流最终信号的代码语言。实验结果表明，所设计系统拥有能耗稳定、控制效率高的特点。

关键词： 传感器网络； 智能控制端； AD7793； PT100传感器

中图分类号： TN711?34； TP277 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）08?0077?04

Design of intelligent control terminal of embedded sensor network

CHEN Changhui

（Guangzhou Panyu Polytechnic， Guangzhou 511483， China）

Abstract： Since the traditional intelligent control terminal embedded operating system can't control the huge and diverse information effectively， and its energy consumption is unstable and its control efficiency is low， an intelligent control terminal embedded operating system with stable energy consumption and high control efficiency was built. The system consists of sensor network and terminal. The sensor network is composed of acquisition module， microprocessor module and intelligent communication module. The acquisition module collects sensor network node signal by means of PT100 sensor， and converts the original signal into current signal and voltage signal by means of AD7793 AD converter. The microprocessor module performs a centralization management of the signals from the acquisition module， and transmits the signal to the intelligent communication module for multi?step processing to get the final voltage and current signals. The terminal controls working process of the whole system， provides users with a variety of control instructions by processing the final voltage and current signals. The flow chart of the terminal control signal acquisition and code language that the system calls voltage and current signals are given. The experimental results show that the designed system has the characteristics of stable energy consumption and high control efficiency.

Keywords： sensor network； intelligent control end； AD7793； PT100 sensor

0 引 言

随着网络通信的不断壮大，用户信息存储量越来越大，用户对信息的控制需求也日渐增长。嵌入式操作平台以其精简、快速和专业等优点，渐渐成为智能控制端的核心组成部分[1?3]。由于用户信息量庞大且多样，使得传统智能控制端嵌入式操作系统无法对其进行有效控制，能耗不稳且控制效率低。因此，构建出能耗稳定且控制效率高的智能控制端嵌入式操作系统，已成为国际科研组织的重点研究项目[4?6]。

以往研究的智能控制端嵌入式操作系统均存在一定的问题，如文献[7]提出芯片群智能控制端嵌入式操作系统，该系统在芯片群中写入各种控制指令，用户只需将蕴含控制指令的芯片群与待测设备相连，便可实现系统对待测设备的智能控制。但芯片群的存储信息量不高，导致整个系统的控制效率偏低。文献[8]提出中央处理器智能控制端嵌入式操作系统，该系统拥有处理效率高、兼容性强等优点，能够最大化地缩减系统能耗，但整个系统的实用性不高且操作复杂。文献[9]提出完全互联网化智能控制端嵌入式操作系统，该系统运行过程中的所有工作均在互联网上进行虚拟操作，其处理效率高、能耗小且更加智能，实现了系统对待测设备的完全智能控制。但该系统价格昂贵，普通用户无法承受。文献[10]提出单片机智能控制端嵌入式操作系统，该系统利用单片机管理各个模块间信号的互传，再经由嵌入式操作平台进行系统的智能控制。单片机的价格低，只能管理信息量不高的待测设备，故整个系统的应用性偏低。

当系统无需进行传感器节点信号的采集工作时，采集模块处于休眠状态，此过程不消耗能量。为了维持传感器网络智能控制端嵌入式操作系统的不间断工作，软件为休眠中的采集模块配备了“叫醒”功能。当采集模块处于休眠状态，若此时传感器网络的节点信号有更新，“叫醒”功能会自动将采集模块调节至正常工作状态。

软件基于嵌入式操作系统的运行特点，给出了传感器网络智能控制端嵌入式操作系统调用电压和电流最终信号的代码语言如下：

vositeinitR_TRX（Element8_B_AssessSITE，Equipment_

ABST_Rank_R_TRXC_Return_s t）

{

Equipment_ABST_Rank_R_TRX_dfg_wsn.；

R_TRXDeploy.deploy.ured= TRUE；

R_TRXDeploy.BAssess= BAssessSITE；

R_TRXDeploy.regulate_ = FALSE；

R_TRXDeploy.regulate_TXINThold =48；

R_TRXDeploy.na.maxTMDDimension= RECEIVE_TMD_

LENGTH；

R_TRXDeploy.sa.maxTMDDimension= 128；

R_TRXDeploy.siteleOvertime= 6；

R_TRXDeploy.intEnable= TRUE；

R_TRXDeploy.callReturnFunction= t；

Equipment_ABST_Rank_R_TRXUnfol（EQUIPMENT_ABST_

RANK_R_TRX_PORT_0，&R _TRXDeploy.）；}

vositeR_TRX_ReceiveCB（Element8_port，Element8_event ）

{

Element4 pTMD[RECEIVE_TMD_LENGTH]；

Element8_length；

if（event！=EQUIPMENT_ABST_RANK__R _TRX_TX_EMPTY ）

Element16destination=（（Element16）pTMD[1]） or（（Element16）pTMD[3]

Element8_orderSite = pTMD[3]；

z_DeliverySignalStandard（destination，orderSite，1，pTMD，0，AF_MSG_ACK_DEMAND， 0 ）；

} } }

3 实 验

为了验证本文设计的传感器网络智能控制端嵌入式操作系统拥有能耗稳定、控制效率高的特点，进行对比试验。实验利用单片机智能控制端嵌入式操作系统与本文系统，在相同条件下，对相同的实验设备进行了系统能耗实验与控制实验。

3.1 能耗测试

由于待测设备在不同环境下所产生的信息存在差异性，因此，实验分别在温度为10 ℃和25 ℃的条件下，保持其他环境因素不变，利用单片机智能控制端嵌入式操作系统与本文系统进行同一设备的信息采集工作，并分别记录下两系统的实时能耗值。实验结果如图5和图6所示。

由图5、图6可知，单片机智能控制端嵌入式操作系统在温度为25 ℃的条件下的实时能耗信息与采集时间呈正相关性，且增长幅度在国家标准范围内，系统的平均能耗为35 kW/min；在温度为10 ℃的条件下，系统的实时能耗在采集45 min之后开始大幅度增加，此时系统处于非正常工作状态，平均能耗较高，且超出国家标准范围。在温度为25 ℃和10 ℃的条件下，本文系统的实时能耗变动不大，且其平均值均低于单片机智能控制端嵌入式操作系统平均实时能耗值。实验结果表明，本文系统拥有能耗稳定的特点。

3.2 控制效率测试

实验在相同条件下，同时改变实验设备与单片机智能控制端嵌入式操作系统和本文系统的测量节点距离，并分别记录下两系统的控制效率。图7和图8分别是单片机智能控制端嵌入式操作系统和本文系统的控制效率曲线。

由图7、图8可知，单片机智能控制端嵌入式操作系统的控制效率同实验设备与测量节点的距离息息相关，实验设备与测量节点距离越近，系统的控制效率就越高，其控制效率的平均值为62.5%；而本文系统控制效率的平均值为82.2%，且控制效率曲线较为平稳。实验结果表明，本文系统拥有控制效率高的特点。

4 结

本文构建了能耗稳定且控制效率高的智能控制端嵌入式操作系统，该系统由传感器网络和终端组成。传感器网络由采集模块、微处理模块和智能通信模块组成。采集模块利用PT100传感器采集传感器网络节点信号，并经由AD7793模/数转换器将初始信号转换成电流信号和电压信号。微处理模块集中管理采集模块传输来的信号，并将管理后的信号传输到智能通信模块中进行多步处理，以获取电压和电流的最终信号。终端管理整个系统的工作流程，并通过处理电压和电流的最终信号，提供给用户多种控制指令。软件给出了终端控制信号采集工作的流程图，以及系统调用电压和电流最终信号的代码语言。实验结果表明，所设计系统拥有能耗稳定、控制效率高的特点。

参考文献

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