物联网通用采集和执行单元设计与实现

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随着物联网的发展,应用方面已延伸到多行业、多领域。由于传感器种类、应用环境的多样性,使得感知网络中数据采集方式较多,增加了开发难度及重复开发所带来的资源浪费,因此,本论文开发了一种基于物联网的通用采集和执行单元,综合常用传感器信号输出类型,完成对不同信号输入接口采集信息的自动识别与处理,对缩短物联网行业建设周期及共享资源具有一定的现实意义。系统主要分为主控模块、信号采集模块、控制执行模块、互联网接入模块和电源供电模块五部分。主控模块以Cortex-M3架构的低功耗ARM芯片为核心,外接有时钟电路、复位电路、JTAG调试接口、BOOT启动电路等;信号采集模块分为模拟信号、数字信号和开关信号三部分,其中模拟信号模块分为电压和电流信号采集电路,分别对0~5V模拟电压信号以及4~20mA模拟电流信号进行采集,数字信号模块分为单总线、脉冲、CAN、RS232、RS485、ⅡC、SPI及Zigbee等数字信号接口,分别读取对应数字信号类型输出的传感器或者传感单元的数据,开关信号模块可读取逻辑高电平及逻辑低电平的开关信号;控制执行模块分为DAC模拟信号输出、PWM数字信号输出和继电器开关信号输出三部分,分别输出动作执行的模拟电压信号、PWM信号和开关信号;互联网接入模块分为以太网有线接入和GPRS无线接入模块,实现系统接入互联网的功能;电源供电模块分为直流电源供电和锂电池组供电两种方式。系统通过从服务器获取的配置信息完成采集端口的初始化,采用轮询方法定时扫描相应端口,自动采集端口数据,根据配置信息中输出端口的相应触发条件对采集数据进行处理输出控制信号,并将相应接口采集数据传输到物联网服务器。通过在智能农业和工业矿井场景下的系统测试,达到了预期效果,实现了不同信号输入接口采集信息的自动识别与处理功能,达到了缩短物联网行业建设周期的目的。该系统在物联网中起到了承上启下的作用,可以完成多行业、多领域不同信号类型的数据采集、处理及上传功能,同时接收服务器的控制信息,完成物联网控制执行单元功能。测试结果表明,系统具有通用性、灵活性和可操作性,避免重复开发,为快速搭建行业检测、监测、控制的物联网系统提供一定的技术支撑。
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