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基于PLCC的物联网传感器节点的设计

2014-6-14 20:11| 发布者: dzly| 查看: 615| 评论: 0|原作者: 梁爽

摘要: 物联网是指利用信息传感设备将其它任何物品与计算机互联网相连,以实现信息交互与通信功能。物联网是实现 信息采集与传送、远程设备调控等功能的主要方式,在数字化进程不断推进的现代社会,研究物联网传感器技术具有重 要意义。文章提出了一种基于PLCC 的物联网传感器节点的设计方案。
  0 引言
  物联网依靠一些信息采集、传感和定位设备来构建物与物、物与人、人与人之间联系,以最终实现远程识别、定位、调控等功能,是不断提高智能化和数字化程度的重要技术。物联网的网络结构分为三层,分别为感知层、传输层和应用层。
  为了设计与应用方便,一般将感知层与传输层的接入部分集成到一个模块内,构成了物联网传感器节点。各种形式的信息采集、处理和传输设备以及传感器设备构成了物联网传感器节点的主要部分,在功能需要时会集成一些执行机构作为补充。在条件允许的区域,采用电力线载波通信(PLCC)的方式来实现物联网内信息的传递具有明显的优势。基于PLCC的物联网可以充分利用电力系统现有的传输线路,节省大量基础建设成本。另外,电力系统网络分布广泛,除部分偏远地区,几乎全部的居民、企业和单位都连入电力网络。利用PLCC通信技术可以方便的读取电表信息,并构建覆盖范围广的防火防盗监控系统。因此,设计基于PLCC 的物联网传感器节点具有广阔的市场空间和良好的发展前景。
  1 基于PLCC 的物联网传感器关键元件
  在综合考察当前的物联网技术发展现状和PLCC技术的特点后,本文设计的基于PLCC 的物联网传感器节点的主控单元选择为SoC(SystemonChip)单片机C8051F021,而PLCC 芯片的型号则为SC1128,配合其它电子元器件,构成了本文设计的传感器节点。
  SoC 单片机C8051F021 运行功耗低,与MCS-51 系列单片机兼容性好,指令执行速度快。相比于MCS-51 系列单片机,C8051F021 具有更多的功能元件和资源,包括额外的外部数据存储器、定时器/计数器、D/A 和A/D 转换器等。SC1128芯片是专门针对我国电网现状而设计的PLCC 通信芯片,不仅成本较低,而且具有功能全面、传输速率高、抗干扰能力强等特点,特别适合在物联网传感器节点中使用。
  本文设计的物联网传感器节点适用于小区监控、家居智能化系统等弱电工程,主要目标是搭建一个可以为不同种类的传感器提供接口,以PLCC 通信技术实现网内通信,并通过引入控制电路和执行机构实现远程动作的物联网节点。该物联网传感器节点的基本功能包括:采集和传输传感器感知的信息、执行上层指令和调整自身运行状态。传感器感知的模拟或者数字信号经单片机处理后,传输到PLCC 芯片中进行调制,然后进电力线输送至物联网络中。物联网的控制中心也可以下发控制指令至传感器节点,经PLCC芯片解调和单片机解析后,通过调动相关控制电路来实现执行机构的动作。此外,该物联网传感器节点还能够根据外部设备配置的动态变化和电网的运行状态调整自身的工作参数,以维护物联网信息传递的稳定性,提高传感器节点对不同工作环境的适应能力。
  2 基于PLCC 的物联网传感器节点的设计
  本文设计的物联网传感器节点可以提供三种数字传感器接口和两个模拟传感器接口,控制电路的输出形式包括OC门、可控硅和光耦三种。模拟传感器采集的信号经过放大器放大和低通滤波器过滤后,进入单片机的输入端,由单片机对上述信号进行再次放大并转换为数字信号。模拟输入通路的增益放大器型号为PGA103,可提供1、10、100 三种电压增益倍数,结合单片机内部的5 档程控放大器,该通路可以提供0.5~1600 的电压增益,可以满足大部分模拟传感器的要求。单片机C8051F021 具有SPI、UART 和I2C 三种并不同形式的数字传感器接口,可以接入多种类型的数字传感器。
  基于PLCC 的物联网传感器节点的设计核心内容是SOC单片机C8051F021 的程序设计。
  初始化是单片机运行的首要动作,主要任务是对单片机的接口工作模式、振荡频率和端引脚等进行设置,以保证单片机处在预定的运行状态。检测工作参数和节点参数配置是指通过对单片机接口UART1 进行检测仪确定是否有新的工作参数输入。新输入的工作参数经鉴别后会被存入单片机内部的参数表中,实现工作参数的更新。然后,系统会比对当前传感器节点的各元器件的工作参数与已经更新的参数表,并按照参数表对元器件工作参数进行修改和配置,以保证整个传感器节点的正常工作。完成这一动作后,单片机采集各传感器感知的信号,经过处理后送入PLCC 芯片进行调制并耦合输入电力线路中,实现物联网信息和数据的远程传输。物联网的上位机接受到传感器节点输送的信息后,返回相应的控制命令。这些控制命令经由PLCC 芯片解调后输入单片机进行处理,由单片机调动相应的控制电路实现指令的执行操作。
  3 结语
  本文设计的基于PLCC 的物联网传感器节点经试验测试后,显示出良好的性能。传感器信息采集的误差较小,PLCC的通信性能也稳定可靠,均达到了相应的性能指标要求。而且,该物联网传感器节点具有较高的灵活性,可以根据需要配置多种外接传感设备,从而实现远程监控、家居环境自动调节、门禁控制和消防报警等功能。随着信息技术和互联网技术对人类生活和生产方式的影响不断深入,智能化和数字化已经是现代社会发展的必然趋势。基于PLCC 的物联网传感器节点在满足了基本功能需求的基础上,可以大大减少物联网的基础建设成本,具有广阔的应用前景。
  参考文献:
  [1] 吴振强,周彦伟,马建峰.物联网安全传输模型[J].计算机学报,2011(8)
  [2] 李力行,金芝,李戈.基于时间自动机的物联网服务建模和验证[J].计算机学报,2011(8)__
  
  

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