基于物联网的堆叠式可重构无线传感装置的设计

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1、为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。基于物联网的堆叠式可重构无线传感装置的设计　　摘要：针对物联网系统中对传感装置智能性、灵活性、多样性和标准化的高要求，文中提出了一种基于物联网的堆叠式可重构无线传感装置，以实现智能硬件接口设计、嵌入式系统、无线通信技术和信息处理技术相结合。实验结果表明，本设计可实现物联网应用工程的任意裁剪与重构，保证数据流通的规范与安全，便于安装与拆卸，降低了物

2、联网技术门槛和使用难度，方便二次开发，能有效促进物联网技术的发展与应用推广。　　关键词：物联网；堆叠式；可重构；自适应；无线网络　　中图分类号：TP23文献标识码：A文章编号：2095--00-03　　0引言　　近年来，物联网技术不断发展完善，已经成为人们工作及生活中必不可少的技术之一。一些智能物联网装置已被广泛应用于工业、物流、安防、环保、农业、医疗等领域。但现存应用中的物联网装置大都针对具体的应用场所开发设计，还有一些关键的技术问题尚未突破，从而限制了现代物联网的发展。其中，亟待解决的共性问题如下[1]。为了充分发挥

3、“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　应变力较差：目前的物联网装置大多针对某个具体的应用场景进行定制开发与部署，缺乏共性解决方案，而且大多数装置采用有线设备进行数据的采集和传输，很大程度上影响了物联网系统的兼

4、容性与适应性。　　信息融合度不高：传感器是物联网的重要基础，由于传感技术的多样性和复杂性，不同传感器收集到的数据整合和预处理是当今物联网技术开发中的一个难题。　　标准不统一：目前存在的物联网标准大多是行业应用标准或传输层标准，而关于应用层与感知层的数据交换标准却还未建立，导致物联网装置或系统间的信息交流比较困难，因此要把现有标准进行融合，建立一个权威的数据交换标准是一大挑战。　　针对以上不足，本文提出了一种基于物联网的堆叠式可重构无线传感装置，介绍了堆叠式传感器模块与基板的设计方法，同时还对传感器模块间、传感器模块与基板

5、间的数据链路接口进行设计，制定了传感器节点间互相交换信息的自适应数据交换协议，从而为各领域物联网应用提供了共性解决方案。　　1总体结构设计为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　本文提出的堆叠式可重

6、构无线传感装置主要由传感器模块和基板模块组成，其总体结构设计如图1所示。该装置根据不同传感量的采集需求，将相应传感器模块通过堆叠的方式安装在基板模块上。其中，传感器模块负责采集传感量数据，并通过I2C总线通信方式将采集到的传感量数据传输至基板模块；基板模块按照自适应数据交换协议，对接收到的各种传感量数据打包，同时通过ZigBee无线网络发送至网关模块，进而传输至上位机控制中心；多个传感器模块与一个基板模块共同组合成一个传感器节点，该节点通过ZigBee无线网络加入庞大的物联网系统[2]。本设计通过在基板模块上堆叠不同数量

7、、种类的传感器，实现对各种场合与场所内不同监控对象的智能监控，同时上位机控制中心可根据自适应数据交换协议[3]，通过网关模块向基板模块发送操作指令，实现对基板模块的控制。　　在硬件结构设计方面需要着重考虑以下问题：　　堆叠式可重构：多个传感器模块可按层次方便、牢固地堆叠安装在基板上，增加或减少某个传感器模块应不受其他传感器模块或基板的影响，同时安装在基板上的传感器模块可根据物联网工程应用需要，随时调整安装顺序。　　自适应数据链路接口：所有的传感器模块均应采用统一的数据通信方式，即统一的数据链路接口，基板能按照传感器模块规

8、定的数据通信格式快速、准确地收集、解析数据，并将数据整合成数据帧，再发给上位机。　　模块与基板尺寸统一：在传感器模块与基板的实物设计方面，所有的传感器模块均应采用统一的尺寸，根据传感器模块的大小及ZigBee通信模块的大小合理设计基板的尺寸及元件分布。为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把