智能传感器的自适应感知和网络化接口研究与设计

【摘要】随着物联网的快速发展,各式各样的传感器接口的不兼容性阻碍了传感器的发展。计算机技术、网络技术在传感器技术中的应用,使现代传感器具有自动化、网络化、标准化和智能化的特点,因此网络化智能传感器的研究具有重要的学术价值、社会效益和广阔的发展前景。6LoWPAN标准描述了LoWPAN如何与标准IPv6连接,将6LoWPAN应用于网络化智能传感器中,可以使传感器更方便的接入Internet,对物联网的快速发展产生深远的影响。本文着重研究智能传感器的自适应机制和网络化智能传感器的模型,首先阐述了传感器的发展和国内外现状,简要概述了IEEE1451标准和6LoWPAN,并依据IEEE1451标准和6LoWPAN,结合两者的优势,给出了网络化智能传感器的总体设计框架,设计和改进了无线即插即用智能传感器,并将其接入6LoWPAN网络,实现智能传感器与Internet的无缝连接。这是对智能传感器发展的一个探索。本文的主要研究内容和创新之处包括：1、根据IEEE1451.2有线传感器接口的设计标准,针对UART接口即插即用技术中波特率自适应的需求,提出了一种最小低电平有效时间差分算法(MALTD)的波特率自适应机制,并利用CSMA/CD冲突处理策略,改进其在JART中的通信效率,提高智能变送器接口模块(STIM)接口的灵活性。2、在研究了6LoWPAN技术的基础上,设计了6LoWPAN网络的终端节点和边界路由,搭建6LoWPAN无线传感网络。结合IEEE1451标准族协议,将IEEE1451标准作为6LoWPAN的应用嵌入到6LoWPAN协议栈中,设计了无线变送器模块(WTIM)和网络应用处理器(NCAP)。3、为了降低无线智能传感器数据传输的功耗,利用6LoWPAN报头压缩技术,提高数据传输有效负载的长度,并根据系统要求,对IEEE1451中定义的变送器电子表格(TEDS)进行压缩,确定最小变送器电子表格格式,以适应IEEE802.15.4帧长度的限制,在不影响传感器智能识别的基础上,尽量减少传送TEDS的数据量,降低网络数据传输数量,起到降低网络功耗、减少网络通信量的作用,并可降低网络通信碰撞概率,提高无线智能传感器的即插即用的识别速率和效率。4、将IEEE1451.2与IEEE1451.5两者结合,借鉴STIM模块在有线连接上的即插即用技术,利用FPGA技术,将其应用于无线变送器模块的传感器数据采集模块中,并与6LoWPAN终端节点通过UART进行连接,根据IEEE1451标准和6LoWPAN建立各个模块之间的通信协议,使设计模块化,实现智能传感器的即插即用技术。
【作者】赵宝新；
【导师】曾碧；
【作者基本信息】广东工业大学，计算机科学与技术，2014，硕士
【关键词】IEEE1451；6LoWPAN；即插即用；STIM；NCAP；

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