خلاصة القول: أجهزة الاستشعار لمجموعة واسعة من الأشياء، وحالة واجهة غير متناسقة، تصميم رواية عالمية واجهة جهاز استشعار لاسلكية. وتتكون واجهة من دائرة معالجة الإشارات، شريحة وتقنية بلوتوث، والترددات اللاسلكية الدوائر إمدادات الطاقة، وحجم صغير، التوصيل والتشغيل وانخفاض استهلاك الطاقة. إشارات واجهة لجمع البيانات أو سحابة الخادم عينات وعرضها في الوقت الحقيقي من خلال واجهة بلوتوث. ويمكن استخدام واجهة عالمية لمعالجة الحالي، والجهد، والتبديل إشارات من النموذج التسلسلي للجهاز استشعار في المجال الصناعي، المنزل الذكي، بناء تطبيقات الرصد. ويعطي تصميم واجهة مشتركة. تظهر نتائج الفحص أن واجهة يمكنها معالجة فعالة إشارات جهاز استشعار لتحقيق الأهداف المرجوة.

0 مقدمة

كما الأشياء [1] صعود وتطور مفهوم وعالمية واجهة استشعار أصبح [2] جهاز استشعار شبكة مجالا هاما للبحث. تقنيات الاستشعار الجديدة الناشئة، في معالجة الإشارات والاستخبارات والاتصالات الرقمية وملحقات المحلية من أنواع مختلفة من الإشارات الاستشعار العالي ومتطلبات المعالجة أعلى [3]. لقد أصبحت تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة، وتكنولوجيا أشباه الموصلات وتكنولوجيا الاتصالات اللاسلكية أكثر تطورا، وهناك اتجاه نحو الداخل من جمع المعلومات وأجهزة الاستشعار ومعالجة البيانات والبث اللاسلكي للتنمية المتكاملة. تطوير الأشياء بلدنا وقد أظهرت قوة دفع جيدة للتنمية [4]، ومع ذلك، هناك جوانب من واجهة استشعار منفذ اتصال معقدة ومتنوعة، وصيانة أو استبدال الصعب، والتوافق واجهة أجهزة الاستشعار والفقراء. في تزايد شعبية الشبكات التطبيقات الخلفية، من أجل تقصير الوقت اللازم لتطوير وتقليل المخاطر، والحاجة الملحة لتطوير منخفضة التكلفة وعالية الأداء واجهة استشعار عالمي [5].

في مجال البث اللاسلكي، مقارنة زيجبي [6]، واي فاي [7] هذه الدينامية التكنولوجيا الناشئة، التي تراكمت لديها بلوتوث أساس كبير في أجهزة الكمبيوتر الشخصية ومحطات المحمول. يوفر أحدث بلوتوث 4.2 بروتوكول حقوق الحكومة الصف الأمن وخصوصية المعلومات، و 2.5 أضعاف معدل نقل البيانات لدعم اتصال إنترنت IPv6 [8]، ومناسبة خاصة للتطبيقات في الصناعة المنزل الذكي في مجال الأشياء [9].

تكوين واجهة تطبيق الإطار 1

على أساس بروتوكول بلوتوث 4.2 واجهة مشتركة الاستشعار اللاسلكية تنتمي إلى اتصال لاسلكي مع الحقل الكهربائي والإلكتروني، وتطبيق السيناريو هو مبين في الشكل (1)، وذلك أساسا عن طريق عقدة، والحصول على البيانات، 4.2 بلوتوث لاسلكية شبكة استشعار (BLE 4.2 شبكة الاستشعار اللاسلكية، بليه 4.2 WSN) والموجهات، ومكونات السحابة. تحتوي كل عقدة جهاز استشعار، على حلبة إشارة واجهة، رقاقة بلوتوث، مصدر الطاقة الترددات الراديوية، تكوين داخلي كما هو مبين في الشكل.

يشير إلى نظام الحصول على البيانات على شكل دوائر الدائرة واجهة، مصدر الطاقة، ورقاقة بلوتوث والترددات الراديوية المشار اجهة جهاز استشعار لاسلكية. إشارة واجهة الدائرة قادرة على التعامل مع أنواع مختلفة من الإشارات الاستشعار. كل عقدة التوجيه، ودعم 6LoWPAN [10] 4.2 أو الوصول بلوتوث نقطة، دوريا نقل البيانات إلى بليه 4.2 WSN عينات. الحصول على البيانات قد الوصول بليه 4.2 WSN أو سحابة من المعلمات واجهة.

بلوتوث 4.0 / 4.1، وتقنية بلوتوث 4.2 يدعم بروتوكول المباشر ب IPv6 تخصيص عنوان، يتم تعيين الوصول بليه شبكة 4.2 WSN على كل عقدة استشعار لعنوان IPv6 فريدة من نوعها.

إشارة دائرة التفاعل مع امدادات الطاقة 2

معالجة الإشارات من أجهزة الاستشعار هو مكون أساسي من أجهزة الاستشعار اللاسلكية تصميم واجهة عالمية. تحتاج إلى النظر في الاحتياجات الفعلية للتطبيق، وينبغي أيضا النظر في تكلفة والجدوى وعوامل أخرى. الأدبيات ذات الصلة، وتصميم واجهة الحالية، والجهد، والتبديل الدائرة الاتصالات التسلسلية.

واجهة الدوائر الحالية 2.1

في التطبيقات الصناعية، وعادة كمية تحويل المادي استشعار الانتاج الحالي. ونظرا لانتاج الأجهزة القياسية الحالية من 4 ~ 20 مللي أمبير [11]، وتصميم هو مبين في الشكل (3) واجهة الجهد الحالي إلى الجهد إلى تيار. حيث استشعار عن طريق ميناء الوصول CN1 وCN2 FIG 3، ورقاقة اختيار INA214، فإن المكسب الداخلي للمكبر للصوت 100. يمكن تغيير مقاومة المقاوم R1 تغيير انتاج التيار الكهربائي VOUT مجموعة، ورقاقة بلوتوث كتبها A لتحويل D قياس المدخلات / حجم الحالي. Power_Supply حيث التيار الكهربائي الاستشعار، ومصدر الطاقة Vcc_IO للواجهة.

2.2 التبديل واجهة الدائرة

في الحياة اليومية، موقع صناعي أو بناء المشهد، وغالبا ما تواجه مثل التبديلات، مفاتيح القرب، وحالة التبديل من أجل الكشف، وذلك باستخدام الدائرة هو مبين في الشكل. 4.

في FIG 4، ممثل S2 من الناتج الاستشعار، SPDT التبديل S1 لتحديد مصدر الطاقة من خلال اتصال مرن 1 أو 3. اختيار optocoupler 4N25 تحقيق العزل الكهربائي، MCU I / O دبابيس من ممثل متحكم مداخل. عند التبديل S2 مفتوح، MCU I / O مخرجات عالية المنطق، وعندما أغلقت S2 الدولة، MCU I / O الإخراج إلى أدنى مستوى المنطق. يمكن ببساطة قراءة ايات دبوس متحكم I / O تكون مصممة الدولة منطق التحول S2.

2.3 واجهة، وإمدادات الطاقة

لسهولة الاستخدام في IOT، تصميم امدادات الطاقة الداخلية والخارجية امدادات الطاقة 6 بطاريات V بطريقتين. لضمان المعالجات والأجهزة الطرفية تعمل بشكل صحيح، فإنه يحتاج إلى الجهد مستقرة. تصميم من التيار الكهربائي هو مبين في الشكل (5)، FIG.

حيث وخارجي DC امدادات الطاقة 7 ~ 40 V مدخل، بعد LM2576S5 الناتج باك الجهد من 5 V كما VCC_IO، دائرة إشارة واجهة، D2، D4 الصمام الثنائي، بطارية داخلية والتبديل إمدادات الطاقة الخارجية، AP733333SAG 7 الطاقة المنخفضة منظم دائرة رقاقة، باك الجهد الناتج من 3.3 V كورقة بلوتوث Vcc_nRF، ممثل BT1 للبطارية.

2.4 الجهد الدوائر واجهة

NRF51822 ورقة داخل رقاقة بلوتوث متكاملة A / D تحويل واسعة الجهد التشغيل 0 ~ 3.6 V. استشعار الجهد الناتج SVin 1 ~ 5 V متحكم عبر A / D قنوات الإدخال AINx حجم الجهد يمكن قياسها، كما هو مبين في الشكل. حيث الصمام الثنائي زينر D1 هو 5 V، وحماية الجهد الزائد، المقاومات R1، R2، R3 واجهة الدائرة 7 لV أسفل الجهد 5-3،6 V.

2.5 التسلسلية الدوائر الاتصالات

بلوتوث رقاقة متكاملة داخل nRF51822 UART رقاقة تحكم، موصولة إلى منفذ تسلسلي وحدة سائق 8 هو مبين في الشكل.

حيث محطة مدخلات لRXD المسلسل، TXD محطة لنقل تسلسلي. CTS مسح لإرسال، وطلب نقل RTS. MAX232ACPE هو RS232 رقاقة القيادة، Vcc_IO واجهة الجهد، J1 هو واجهة DB9.

شبكة 3 الاستشعار بلوتوث 4.2

الدائرة اجهة المذكورة أعلاه ويمكن تحقيق ذلك عن طريق الاستحواذ على إشارات أجهزة الاستشعار، ونفذت اسلكية لنقل البيانات عن طريق البلوتوث.

3.1 بلوتوث 4.2 البروتوكول

بلوتوث منخفض الطاقة يدعم نجمة طوبولوجيا [12]، وينقسم إلى طبقة التطبيقات، وحدة تحكم المضيف. واجهة تحكم المضيف وتبادل المعلومات من خلال وحدة تحكم المضيف. وحدة تحكم المسؤول عن إرسال الطبقة المادية واستقبال إشارات التردد اللاسلكي، والتركيز على منطق السيطرة المضيف، سمات الأمن والتشكيلات، ويوفر واجهة لطبقة تطبيق خدمة الأساسية. شنت 4.2 بروتوكول بلوتوث احتياجات عقدة استشعار ليتم تكوينه على القراءة والكتابة البيانات إلى جهاز استشعار GATT. للطبقة العليا توفر تطبيق المكالمات برنامج API، للسيطرة على الكامنة أجهزة Bluetooth، بما في ذلك اسم الجهاز، وقت البث، وسمات التكوين الأخرى وخصائصها.

3.2 تصميم البرمجيات

المتطلبات الوظيفية للواجهات، واجهة التصميم الأساسي جزءا لا يتجزأ من البرنامج والحصول على البيانات التطبيقات. حيث واجهة الكامنة وراء برنامج لمعالجة الإشارات أجهزة الاستشعار ويرسل جامع، جامع ليتفاعل التطبيق مع واجهة المستخدم لعمليات المراقبة الأساسية.

3.2.1 واجهة البرنامج الأساسي

واجهة الكامنة وراء كومة البرمجيات على أساس إعداد الشمال S110 سير العمل [13] بروتوكول كما هو مبين في الشكل. الحصول على البيانات واجهة عامة بين عملية الاتصال: أول وضبط وحدة التهيئة بلوتوث، تهيئة كاملة، وحدة بلوتوث يرسل اتصال إشارة البث انتظار الحصول على البيانات، إذا تم تلقي طلب الاتصال في الحصول على البيانات أثناء البث، و الزوج. إذا كان الإقران ناجح، لا يتم بث واجهة، والحصول على البيانات عن طريق إعداد المعلمة واجهة بلوتوث، بعد إعداد واجهة استشعار جمع بداية البيانات، معالجة من قبل وحدة واجهة إشارة، وحدة بلوتوث مرت لمزيد من المعالجة، ومن ثم إرسالها إلى الحصول على البيانات اللاسلكية ، ومواصلة البيانات جمع بعد إرسالها بنجاح. مرارا وتكرارا أن نستمر في جمع البيانات الإرسال.

استخدام جزءا لا يتجزأ من واجهة لغة C إلى البرنامج الأساسي إدارة الموارد nRF51822، لاستكمال إعدادات الأجهزة التهيئة الطرفية، وتهيئة المكدس، وإقران الجهاز، وجهاز الإرسال والاستقبال وتحليل بيانات الاستشعار وما شابه ذلك، الأمر الحصول على البيانات التي تنتقل عن طريق نقل بلوتوث لطاقم المقبل، أي أقل بعد تحليل وحدة تنفيذ الأمر، وتتضمن وظيفة واجهة الأوامر الاختيار، وإعدادات المعلمة مثل A / D أخذ العينات حال، بالباود وما شابه ذلك.

3.2.2 بيانات التطبيق اكتساب

منصات نظام مضمن، مثل الهواتف الذكية المعدات الحصول على البيانات الروبوت القائم. ميزة الغنية نظام أندرويد، المطور يدعو مكونات برنامج بناء مكتبة API الروبوت لتحقيق مجموعة متنوعة من الوظائف [14]. تستخدم هذه المقالة لغة جافا لتطوير التطبيقات، ويدعو بلوتوث API لاستكمال جهاز المسح الضوئي متصلا الاتصالات.

4 موصل عالمي مع التحقق

بسبب الحالي بروتوكول بلوتوث 4.2 لم تكن شعبية، واستخدام ناضجة بالفعل 4.0 بروتوكول للقيام محاكمات استكشافية لاختبار جدوى ومصداقية البرنامج واجهة عالمية.

4.1 واجهة التوافق الكهربائية

عندما تصميم واجهة الفعلي واستخدامها، واتباع المواصفات الكهربائية وتشمل A / D نطاق جدول (0 ~ 3.6 V)، ودبابيس الإخراج من القدرة متحكم القيادة (بحد أقصى محرك تيار 15 أمبير)، وهو المنفذ التسلسلي RS232 المعايير دبوس.

4.2 بلوتوث حدة الاتصالات

رقاقة nRF51822 بلوتوث تستخدم وحدة أساسية الشمال، وحدة تضم CortexM0 النواة، والتي تضم بما في ذلك ADC، UART، SPI، والموارد الغنية، والمصممة لأجهزة الاستشعار اللاسلكية مناسبة للواجهة للأغراض العامة.

4.3 النتائج المقاسة

C رمز اللغة كتبه كايل تحميلها على الروابط nRF51822 جمعت، تثبيت التطبيقات المكتوبة بلغة جافا على هاتفك. بما في ذلك الإشارات العالية والمنخفضة اختبار، التناظرية التيار والجهد، فضلا عن البيانات التسلسلية. واجهة من الجزء الطرفي من العمل كما هو مبين في الشكل.

5. الخاتمة

عن طريق اختبارات تجريبية يعرف أنواع مختلفة من الإشارات الاستشعار، ووصف هيكل واجهة عالمية هنا هو تصميم بسيطة وسهلة الإعداد والاستخدام، يمكن توصيل جهاز استشعار يستخدم توزيع فضفاضة كشف في الوقت الحقيقي من المتغيرات المادية من دون أسلاك، والرصد البيئي وجمع كميات هائلة من المعلومات، جامع البيانات الواردة قد تستخدم تحليل خادم سحابة. بحث وتطبيق واجهة المشتركة، وتعزيز التنمية من الأشياء.

مراجع

. [1] يونس M، أوان I، PESCAPE A. إنترنت الأشياء والخدمات السحابية [J] جيل المستقبل لأنظمة الكمبيوتر، عام 2016، 56: 605606.

.. [2] LI X، MEIJER G C M، DE BOER R، وآخرون A highperformance العالمية اجهة استشعار [C] مجسات للصناعة، 2001. وقائع الأولى ISA / IEEE مؤتمر IEEE 2001 :. 1922.

. [3] WILSON PD، HOPKINS SP، SPRAGGS RS، وآخرون تطبيقات رقاقة عالمية واجهة جهاز استشعار (USIC) لتطبيقات الاستشعار الذكية [C] .Advances في مجسات، IEEE ندوة حول IET، 1995 :. 3 / 13 / 6.

. [4] وزارة الأشياء "الثاني عشر الخطة الخمسية" [EB / OL] (20140219) [20160430] .http :. //Www.als.gov.cn/jw/zdgz /1_52290/default.shtml.

. [5] يو هاى، ليانغ وى، تسنغ بينغ ذكي نظام لاسلكي شبكة استشعار [M] بكين: دار العلوم، 2013.

[6] ليو جينغ، بى Wenjiang [J]. الكمبيوتر والتكنولوجيا والتنمية، 2009، 19 (5) على شبكة استشعار لاسلكية بروتوكول زيجبي :. 192194.

[7] PATEL N، DESAI N. WiFi وحدة وجهاز استشعار لاسلكي شبكة القائمة على نظام الري الآلي [J] نظام، 2015، 2 (4) :. 7076.

. [8] نشرت في بلوق من بلوتوث SIG 4.2 الأساسية النسخة [J] الصينية الأعمال الإلكترونية: الإلكترونيات الأساسية، 2015 (3): 1516.

[9] وانغ بلوتوث 4.2: أشياء يفضل معيار تقنية لاسلكية [J] التكنولوجيا الالكترونية، عام 2015، 41 (2): 7.

.. [10] MA X، LUO W. تحليل التكنولوجيا 6LoWPAN [C] 2008 ورشة عمل IEEE PacificAsia في المخابرات الحاسوبية والتطبيقات الصناعية IEEE 2008: 963966.

[11] Linyong التحكم الصناعي الارسال 4 ~ التيار 20mA [J] تطبيقات مكونات إلكترونية، 2006، 8 (7): 28.

[12] يانغ نينغ، تيان ياو بينغ، وغيرها من طوبولوجيا شبكة استشعار لاسلكية [J] الهندسة راديو، 2006، 36 (2): .. 1113.

. [13] تشو تونغ هينغ البحوث والنبض قياس التأكسج نظام يقوم على FPGA [D] شنغهاي مراقبة: جامعة دونغ هوا، 2015.

[14] تسنغ جيان بينغ، والبحوث Shaoyan جي .Android بنية النظام وتطوير التطبيقات [J] حاسوب دقيق المعلومات، 2011، 27 (9) :. 13.