1传感器网络智能控制端嵌入式操作系统设计
1.1系统总体设计
其主要由传感器网络和终端组成，传感器网络由采集模块、微处理模块和智能通信模块组成。通过利用传感器网络对待测设备的信号进行采集和管理，并以终端为控制核心，实现各模块间无线传感网络节点信息的传输和处理。终端采用嵌入式操作平台对整个系统实施控制操作。嵌入式操作平台拥有高精度和低成本等优点，能够实现系统资源的合理配置、指令的快速发送以及工作流程的准确控制。
1.2采集模块设计
采集模块主要利用传感器网络节点信号实现采集过程，将采集到的信号完全转换成为频率较为稳定的电流信号及电压信号。然而，在实际运行过程中，该采集模块涉及到的工作量众多，使得整体能耗偏高。建议在传感器网络的选取方面，最好采用一体化涡流变送器，对采集模块中的信号进行实时降能处理。与此同时，传感器网络智能控制端嵌入式操作系统可以选用兼备温度值与湿度值功能的传感器，如PT100传感器。若待测信号不止温度和湿度两种，则可额外添加特定功能的元件。需要注意的是，进行传感器网络节点中电压、电流以及接口传输等电力信号的采集时，可在传感器网络智能控制端嵌入式操作系统中添加多功能传感器。多功能传感器拥有RS485通信接口，能够将串行通信接口直接转变成Modbus-RTU接口，使用较为方便。且多功能传感器电路有内置的电源和通信串口，这两个额外的组件能够扩大传感器网络的控制范围，并使系统能够更好地下达智能控制指令。传感器会将采集到的待测信号进行初步管理，并传输到模/数转换器。假设传感器网络智能控制端嵌入式操作系统无需进行传感器网络节点中电压、电流以及接口传输等电力信号的采集，则可以利用模/数转换器内置的电流发生装置和调节电阻对该信号进行处理，进而得到较为稳定的电流信号和电压信号，并将其传输到微处理模块。
1.3微处理模块设计
传感器网络的微处理模块在传感器网络智能控制端嵌入式操作系统中扮演者“管理者”的角色，其核心是微处理器。微处理器能够对采集模块中传输来的信号进行集中管理，其主要工作内容是避免采集模块中电流信号和电压信号在传输中的能量丢失情况，进而保证传感器网络智能控制端嵌入式操作系统的控制效率。传感器网络节点的能耗与微处理器的性能息息相关，为了尽可能地降低传感器网络智能控制端嵌入式操作系统的能耗，选用某公司设计的LPC2138嵌入式微处理器。LPC2138嵌入式微处理器的性能较为灵活，为用户提供了多种电源操作模式，且其价格亲民、稳定性良好，能够较好地满足用户使用需求。经由微处理模块处理后的电流信号和电压信号将传输到智能通信模块。
1.4智能通信模块设计
传感器网络智能通信模块的核心元件是射频收发器，选用某公司设计的CC2420射频收发器。CC2420射频收发器的功能强大，制作工艺考究，且能耗非常低，其信号传输速率最大值为250Kb/s，强有力地保障了传感器网络智能控制端嵌入式操作系统的控制效率。图1为CC2420射频收发器的电路图。由图1可知，CC2420射频收发器的工作原理为：CC2420射频收发器接收到微处理模块传输来的电压信号和电流信号后，利用压控振荡器和皮尔斯振荡器对二者进行信号放大处理，组成射频信号，并对射频信号进行变频、过滤、模数转换、信号智能增益和信号缩小等处理，以获取电压和电流的最终信号。传感器网络智能控制端嵌入式操作系统的终端可通过处理电压和电流的最终信号，提供给用户多种控制指令。
图1 CC2420射频收发器的电路图
2软件设计
传感器网络智能控制端嵌入式操作系统在传感器网络节点的选取方面，基本上是以PT100传感器节点、一体化涡流变送器节点以及CC2420射频收发器阶段为主，其能够有效采集关于温度、湿度以及压力等方面的参数数据。在正式运行过程中，采各模块电路中的计时器会根据传感器节点信号采集要求，实现智能化控制效果。此时，计时器采集到的信号会经过系列处理作用，传送到终端当中，由终端完成信号数据的分析工作。当系统无需进行传感器节点信号的采集工作时，采集模块处于休眠状态，此过程不消耗能量。为了维持传感器网络智能控制端嵌入式操作系统的不间断工作，软件为休眠中的采集模块配备了“叫醒”功能。当采集模块处于休眠状态，若此时传感器网络的节点信号有更新，采集模块会自动被调节至正常工作状态。
3设计验证
3.1控制效率
在相同条件下，同时改变实验设备与单片机智能控制端嵌入式操作系统和本文系统的测量节点距离，并分别记录下两系统的控制效率。单片机智能控制端嵌入式操作系统的控制效率同实验设备与测量节点的距离息息相关，实验设备与测量节点距离越近，系统的控制效率就越高，其控制效率的平均值为62.5%；而本文系统控制效率的平均值为82.2%，且控制效率曲线较为平稳。实验结果表明，本文系统拥有控制效率高的特点。
3.2能耗
实验分别在温度为10℃和25℃的条件下，保持其他环境因素不变，利用单片机智能控制端嵌入式操作系统与本文系统进行同一设备的信息采集工作，并分别记录下两系统的实时能耗值。单片机智能控制端嵌入式操作系统在温度为25℃的条件下的实时能耗信息与采集时间呈正相关性，且增长幅度在国家标准范围内，系统的平均能耗为35kW/min；在温度为10℃的条件下，系统的实时能耗在采集45min之后开始大幅度增加，此时系统处于非正常工作状态，平均能耗较高，且超出国家标准范围。在温度为25℃和10℃的条件下，本文系统的实时能耗变动不大，且其平均值均低于单片机智能控制端嵌入式操作系统平均实时能耗值。实验结果表明，本文系统拥有能耗稳定的特点。
4结束语
伴随这社会经济和科学技术的发展，网络通信不断壮大，用户信息存储量越来越大，用户对信息的控制需求也日渐增长。嵌入式操作平台以其精简、快速和专业等优点，渐渐成为智能控制端的核心组成部分。基于此，本文利用主控芯片外围接口手段，扩展硬件电路系统，实现系统高精度化控制特征，加强系统能耗稳定性与控制效率。
参考文献
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