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物联网是信息技术发展的趋势,随着物联网的发展及数字整合需求的日益增长,传感器作为物联网感知层的核心数据采集设备将迎来新的发展浪潮,同时也对传感器的数据融合提出了更高的挑战,如何将传感器方便灵活地接入物联网成为传感器未来发展的一个非常关键的问题。
而目前市场上的传感器种类很多,不同的传感器有不同的标准、协议和接口,数据格式也有所不同,由此带来了传感器的互操作性差以及在通信时可能存在信息格式和类型不匹配等问题,制约了传感器发展的开放性和数据共享。
本文以具有低成本、低功耗、组网灵活等独特优势的ZigBee技术为基础,对传感器的通信接口进行了比较深入的研究,并且对传感器怎么融入物联网进行了探讨。主要针对模拟型、数字型及开关型的传感器进行分析,分别设计它们与ZigBee网络的通用通信接口,以解决传感器的异构性在其融入物联网应用中所带来的诸多问题。
本文首先分析了物联网的发展,探讨传感器在物联网中的战略地位以及目前发展遇到的困难,在此基础上对作为感知前端的传感器的通信接口进行研究,明确本论文的设计目标,提出了物联网感知模块也就是传感器信息采集节点的通信接口设计的总体模型。在总体模型的基础上,对感知模块的硬件设计采用分模块设计的方法,给出每个模块的芯片选型以及实际的电路设计。传感器与ZigBee网络的通信接口根据传感器输出信号类型分类来设计,实现模拟型、数字型以及开关型传感器与ZigBee网络的通信接口设计。系统的软件设计包括ZigBee应用软件的设计以及上位机测试软件的设计,给出了较为详细的软件设计流程和固件代码设计。最后以智能家居系统为应用实例,选取多种类型的传感器对感知模块的通信接口进行各项功能和性能的综合测试和验证。
通过对感知模块的各项功能和性能测试发现,本文设计的感知模块的通信接口,可以实现模拟型、数字型及开关型的传感器与ZigBee网络之间的通信。通过验证,本设计基本满足了系统设计目标,实现了将多种类型的传感器以通用接口的方式接入物联网。