物聯網嵌入式智能設備實時控制系統設計分析

傅杰

（浙江機電職業技術學院，浙江 杭州 310053）

0 引言

隨著智能設備的普及，對其進行實時控制已經成為了常態化需求，因此需要對物聯網嵌入式智能設備實時控制系統進行研究。物聯網技術的發展對智能設備實現實時控制提供了基礎，通過對智能設備總體框架的設計以及各模塊的要求，結合仿真數據進行試驗，最終實現物聯網嵌入式智能設備實時控制系統的設計。

1 物聯網嵌入式智能設備的簡單概述

物聯網主要是通過射頻識別、全球定位系統以及激光掃描等信息傳感設備，按照約定的協議將各種物品和互聯網相連，并進行信息交換。從而能夠進行智能識別、定位、監控以及管理的網絡。不僅實現了物品能夠接入互聯網，更可以實現物品和物品之間的信息交流，如洗衣機智能識別衣物，選擇合適和洗滌方式等。通過物物相連的網絡，組織科學的信息交互方式。如射頻識別技術就屬于非接觸式自動識別技術，主要就是利用讀寫器和電子標簽之間的進行非接觸式的數據傳輸服務，從而對目標進行數據交換。并且已經作為物聯網技術較為成熟的應用，已經在農業自動化、交通運輸管理以及工業自動化中等眾多領域，取得了十分良好的應用效果[1]。

2 智能設備實時控制系統設計要素分析

為了能夠實現對復雜系統的精準控制，一方面需要對其實時采集數據，對數據分析后采取必要的控制手段；另一方面，需要對數據進行必要的處理，才能夠實現精準的判斷。在系統設計方面，如支持短消息的智能設備控制系統，可以通過短消息實現各個設備之間信息交流，控制雖然相對靈活，但是抗干擾能力不佳。還有設計者通過以太網技術和CAN技術相結合運用于智能設備中，有手動控制和自動控制兩種方式，由于該方式實現模式較為復雜，具有較高的故障率。除此之外，還有可擴展網關架構等，但是由于其網絡權限驗證等問題，傳輸效能不高，難以推廣。因此，需要設計一種具有安全性和高效率控制能力的系統框架，提升智能設備的運行效率[2]。

3 嵌入式智能設備實時控制系統設計分析

3.1 嵌入式智能設備實時控制系統的總體框架設計

由于整個系統中涉及的智能設備較多，一般系統設計采取的是分散管理，這就導致各個智能設備之間聯網復雜，難以形成統一的管理方式。如果用戶無法進行聯網控制，就無法對設備進行統一管理，也無法接入智能管理模塊。因此，為了能夠對所有智能設備進行統一管理，需要采用多接口模式將智能設備進行統一聯網，集中控制。其中智能控制終端為主要云平臺，以太網為信息傳遞線路，并且有軟件部分、RS-485總線、核心處理器、時鐘部分以及遠程控制部分等各個結節組成[3]。

3.2 核心處理器和RS-485總線設計

核心處理器是對整個系統進行控制，因此需要多個UART接口，A/D轉換器、以太網結構和IO口。這就需要選擇的市場上合適ARM處理器件，滿足對各種智能設備的兼容和處理復雜問題的需求。另外，還需要采用RS-485總線設計，該總線設計具有數據傳輸效率高、可靠性強等優點，并且能夠兼容所需要的核心處理原件。需要將處理器的引腳和RS-485總線輸出進行連接，通過電平的跳變病情，對智能設備的接入變化進行分析，可以和相關設備進行有效通信，完成對數據的處理[4]。

3.3 以太網的通信設計

在選擇的ARM處理器中，系統會自帶以太網模塊，并且和網絡處理芯片相聯系，可以讓數據包的傳輸效率得到顯著提高。其中以太網通信模塊主要有寄存器、總線接口以及DMA等構成。主機寄存器的主要功能就是確定以太網的工作方式，掌握其工作狀態。接口可以直接連接RS-485總線，實現模塊和能夠及時讀取寄存器力的數據。其中DMA的主要可以用于數據緩沖區和寄存器之家通信，從而能夠獲得較為準確快速的數據通信。通過以太網傳輸，能夠非常方便的快速傳輸大量信息，對相關數據進行及時處理?？梢杂行M足系統對數據傳輸的基本需求[5]。

3.4 遠程報警模塊的設計分析

智能系統在運行階段，為了確保其具備一定的安全性，需要應用到遠程報警模塊，對其中出現的各種問題及時進行反饋，使工程技術人員或者系統使用人員能夠及時發現問題。該系統的設計需用實時性和一定的可靠性，該報警模塊也需要采集重點控制中心，并由采集終端連接在RS-485總線上，才能夠有效的完成對警報信號的及時判斷和預警信息的發布。遠程報警模塊的主要構成包含現場信息采集終端、控制中心以及數據傳輸模塊，采集終端的主要構成有智能設備以及傳感器模塊等，通過對現場各項數據進行采集，并將其物理信號或者化學信號轉化為電信號，一旦觸發某一閾值，就會傳輸至控制中心進行報警。數據傳輸模塊可以將數據通過網絡信道直接傳輸到控制中心，從而觸發相應的警報[6]。

3.5 人機交互系統的設計

人機交互模塊是系統的關鍵控制單元，通過一系列數據的設定對整個系統進行參數調節。高效的人機交互界面能夠提升用戶的使用效果，能夠使整個系統更加智能化。人機交互系統的設計主要由液晶顯示屏、信息控制按鍵、存儲器以及語音模塊構成?？梢杂没ヂ摼W或者本地時鐘模塊提供計時功能，通過設置日期和時間，為工作日志的提供重要的參數支持。存儲器的作用就是對系統運行的狀況和信息進行保存，以便于系統工程師在維護中對系統的運行情況有著準確的了解。信息控制按鍵的是為人機交互提供接口?？梢詫ο到y中的關鍵參數進行調整，從而使其能夠適應不同場景下的工作模式。顯示屏的是人機交互的關鍵，這里顯示系統關鍵參數，并且需要含有中英文字庫，便于開發應用。語音模塊則需滿足體積小，合成音質好等各種需求，且不需要外部輔助電路，可以智能識別一些簡單的語音指令，或者發出語音提示。人機交互界面是用戶和系統進行對話的關鍵渠道，智能設備出現問題后，通過語音提升，或者顯示屏顯示錯誤代碼的方式，可以快速鎖定報警源頭，及時進行處理，對保證系統的安全性有著重要作用[7]。

3.6 軟件系統的設計

為了能夠獲得對各個智能設備精準的控制，需要選用B/S+C/S結合的控制服務，系統人阿基設計方案主要綜合了其兩者的架構服務技術，底層由本地數據庫，B/S架構服務程序和C/S架構Web服務程序，兩種服務程序可以應對不同的數據處理方式。其中當需要處理的數據較多是可以采用C/S設計模式，提升其處理能力。如果需要處理較少的數據后，需要采取B/S架構服務程序，才能夠更加節能，可以長時間進行待機狀態。通過對軟件系統的設計，可以對多用戶進行系統性調節，提高計算效率[8]。

4 系統仿真實驗分析

為了確定該系統的準確，需要對相關實驗進行有效分析，需要對該系統進行仿真實驗，發現其中存在的問題，并且能夠將Web控制系統進行對比。仿真器的選擇以JTAG接口，并進行系統的有效調試。通過對各項參數的分析不難發現，在控制信號穩定方面，本次系統設計穩定性提高了至少40%，這對于提升系統的可靠性具有重要意義。另外，在智能設備誤差控制方面，也明顯具有一定的優勢，其誤差曲線更加平穩，使其能夠保持在一定范圍內?？梢娖渚邆淞己孟到y穩定性。通過系統的仿真實驗，能夠在軟件中對整個系統進行有效測試，為系統的準確布置提供參數支持，可以提前發現其中存在的問題，方便調試和重新設計。

5 結語

總之，在進行物聯網嵌入式智能設備實時控制系統設計中，需要進行實時控制系統的總體框設計，RS-485的總線結構能夠和ARM處理其單元構成一個穩定的總線傳輸網絡，以太網模塊以及網絡處理芯片可以讓數據包的傳輸效率得到顯著提高。遠程報警模塊和人機交互系統的設計，能夠使智能設備更好地服務實時控制系統，可以對參數進行系統性調節，使各個模塊都能夠發揮其系統性能，獲得準確的參數設置，確保物聯網嵌入式智能設備實時控制系統的穩定性。