1、 毕业论文 （ 2010届） 物联网智能冰箱中通信传输技术的设计 所在学院 专业班级 通信工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 随着信息时代的发展，物联网这一项新型技术的出现已经引起了国内外学术界，工业界，新闻媒体界的高度重视。物联网的出现， 不仅体现了信息传感设备与网络的完美结合，也改变着人们的生活方式和生活习惯。这也使物联网技术成为了社会经济发展的又一个增长点。同时，也为一些大型企业提供了一个竞争方向。为有效地整合各企业的服务。物联网是基于无线传感网络的一种网络，但是又区别于无线传感网络。为了达成物联网的服务，提出了基于服务框架 (SOA)的物联网企业
2、应用框架，并对物品识别技术进行研究。 本文提出了几种滤波器对智能冰箱的信号进行各种处理。其中主要用到的软件系统是 MATLAB。 MATLAB对信号的处理主要包括低通滤波，高通滤波和噪声过滤。它将所收 到的信号进行处理后产生一个干净的，符合频率条件的信号。 关键字：物联网；无线传感网络；服务框架 (SOA)；物品识别 ；滤波器 - 2 - Abstract With the information age, things that the emergence of a new technology has attracted domestic and foreign academia, ind
3、ustry, media industrys attention. The appearance of things, not only reflects the information sensing equipment and the perfect combination of networking, but also changing peoples lifestyles and living habits.This also makes things technology has become a socio-economic development and growth.At th
4、e same time, but also for some large enterprises with a competitive direction. In order to effectively integrate the business service.Things are based on a network of wireless sensor network, but it is different from the wireless sensor network.In order to achieve the service of Service-Oriented Arc
5、hitecture(SOA), enterprise application framework of things, and item identification technology research. In this paper, the smart refrigerator several filters for various signal processing. The main software used is MATLAB. MATLAB for signal processing includes low-pass filtering, high pass filterin
6、g and noise filtering. It received signals are processed to generate a clean, consistent signal frequencies. Keywords ： Internet of Things; wireless sensor networks; Service-Oriented Architecture (SOA); item identification; Filter - 3 - 目 录 1 引言 .4 2 总体介绍 .5 3 基于 SOA的物联网应用基础框架 .6 4 感知设备介绍 .8 4.1 信号传
7、感系统 .8 4.1.1 温度传感与控制电路 .8 4.1.2 湿度传感电路 . 11 4.2 RFID 射频识别技术 .12 4.2.1 RFID 的组成 .13 4.2.2 RFID 的工作原理 .15 4.2.3 RFID 库存管理 .17 5 智能冰箱滤波的设计 .18 5.1 总体设计流程图 .18 5.2 信号滤波的仿真设计 .18 5.2.1 IIR 数字滤波器 .19 5.2.2 FIR数字滤波器 .21 5.3 智能冰箱中的信号过滤 .24 5.3.1 对噪声的处理 .25 6 结论 .27 致 谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 .28 附录 1 FILTER 函数的应
8、用 .29 附录 2 用窗函数设计 FIR 低通滤波器 .30 附录 3 用 MATLAB 函数设计低通滤波器 .31 附录 4 智能冰箱设计的简易流程 .32 附录 5 用自适应滤波器处理噪声 .33 - 4 - 1 引言 随着信息时代的发展，基于信息技术的应用也不断增加并伴随着各种新型的信息技术的研发，人们对信息服务的要求也越来越高，为了实现网络与现实相结合，一种新的信息技术变产生了。这项基于物品与物品间相连的互联网，被称为物联网。物联网的出现不仅方便了用户对各种物品的管理，也让有更多的公司尝试使用这项新技术来研发新的产品 1。使物联网对该领域的发展产生了重要的作用。 物联网基于无线传 感
9、网络的一种网络，但又区别于无线传感网络。物联网的定义是：通过射频识别 (RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络 2。 物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业的革命性发展。目前物联网被正式列为国家重点发展的战略性新兴产业之一 3。物联网产业具有产业链长、涉及多个产业群的特点，其应用范围几乎覆盖了各行各业。 在物联网的应用中，有各种各样的获得信号，这 些信号因产生的条件不同，在幅频和相频上有着各自的特点。因此在对这些信号处理时必须首先将这些
10、信号进行滤波，才能对所相应的信号进行处理。 本文主要通过设计两种滤波器，对可能产生的信号进行滤波，并对这些信号进行去噪处理，已获得到理想的信号，进行在库存方面的智能化管理。 - 5 - 2 总体介绍 物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、 RFID 标签和读写器、摄像头、 GPS 等感知终端，它是物联网获识别物体，采集信息的来源，其主要 功能是识别物体，采集信息。网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户
11、 (包括人、组织和其他系统 )的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。 在基于物联网的智能冰箱中，主要也可以分为感知层，网络层和应用层三层。其感知层可以由各种感知终端构成，在经过各种感知终端对冰箱内相应条件的检测总而产生一个可供处理的信号，并将这个信号通过网络传输到服务终端，从而对这个信号用 MatlaB 进行处理，产生一个可供其它系统接口识别的信号， 并通过应用层将这个信号处理为可供用户识别的信号。 在智能冰箱的设计上，可让用户通过智能手机或平板电脑，知道冰箱里有什么食物、摆放在哪里和什么时候过期。智能冰箱还可根据冰箱里的食物，为用户建议健康食谱。这里主要做的是通过 RFID 射频识
12、别，对产生的信号做的处理及应用。 - 6 - 3 基于 SOA 的物联网应用基础框架 实际生产实践过程中通常包含不同硬件和软件类型，数据格式和通信协议通常也存在多种标准兼容性的问题，物联网为这些基础设备提供了信息标识，这些带有 RFID 的嵌入式设备可以作为生产者同时也可以作为消费者 出现。但对于服务的整合、兼容各类数据和协议还需要借助面向服务架构 4。 面向服务架构 (SOA)的核心是实现服务和技术的完全分离，从而达到服务的可重用性。拥有服务后，用户可以通过编配这些服务给企业或个人的业务流程带来更持久的生命力。 SOA 是一种架构模型，它可以根据需求通过网络对松散耦合的粗粒度应用组件进行分布
13、式部署、组合和使用。服务是 SOA 的基础，可以直接被应用调用，从而有效控制系统中与软件代理交互的人为依赖性 5。 图 3-1 为基于物联网的 SOA 基础框架： 图 3-1 基于物联网的 SOA基础框架 图 中，通过与物联网的结合，将原有的 SOA 架构细分为了 6 层体系 6。 1 设备层：即信号生产者，这一层主要利用了 RFID 设备。具有 RFID 功能的设备或者产品的数据信息将在企业设定的周期内被全程监视。 2 数据处理平台：这是 SOA 的第一层，这一层负责将收到污染的信息进行过滤和清除，以保证数据的完好和安全。并对异构的数据进行一致性和标准化进行处理。为数据的统一利用提供可能。
14、- 7 - 3 安全平台：安全平台是服务层和数据处理平台之间的安全屏障，以保证设备和数据的安全。 4 服务层主要是提供设备管理、服务代理、通信代理和通用 接口，数据通用接口负责解析各层的数据调用指令，屏蔽不同的数据库和数据格式，同时有利用于各种数据库的分布式部署。应用通用接口可以与上层消费者联系，其主要目的是对不同类型的用户使用的通信协议进行解析，实现各种通信协议的兼容 7。 5 安全平台：在 SOA 框架中，共有 2 个安全平台。由于安全管理是企业正常运用的保障，特别是数据安全、用户身份和访问控制的管理。因此，无论是用户发送的数据还是用户的服务访问都必须有一个安全的保障。 6 终端用户：终端
15、用户可以分为两类，一类是 WEB用户，另一类是嵌入式设备。前者或得信息的方 式是通过互联网的直接显示，进行人为的对物体控制。后者则通过信号，使得嵌入式设备能够得到命令类信号而进行相应的行为。 - 8 - 4 感知设备介绍 在物联网冰箱的设计中，主要用到硬件系统的为 感知层和应用层，其涉及到的主要系统为信号传感系统和信号传输系统。 4.1 信号传感系统 本系统主要是通过各种各样的传感器对外界的检测，而在物联网冰箱中主要用到的是温度传感器，湿度传感器等。由于现在在市场上的冰箱品种有很多，本文提到的冰箱都是由电动机提供机械能，通过压缩机利用低沸点的致冷剂，在蒸发时吸收汽化热的压缩式冰箱。 由于上 述
16、的传感系统是短距离的无线低功率通信技术，可以统一归为无线传感网络。无线传感网络有 自组织、微型化和对外部世界有感知能力三大特点，这些特点决定了传感器网络在商业领域应该也会有不少的机会。比如，嵌入家具和家电中的传感器与执行机构组成的无线网络与 Internet 连接在一起将会为我们提供更加舒适 方便和具有人性化的智能家居环境 8。 4.1.1 温度传感与控制电路 这里主要介绍到的温度传感与控制电路，由两部分构成。一个是带有温度传感器的 PC616传感电路，另一个则是比较常用的基于热敏电阻的温度控制电路。并由上述 两个电路组个成为一个温度传感与控制的电路。 1 PC616传感电路 图 4-1 是较
17、为常用的温度检测电路，它的主要作用是对冰箱中的温度进行检测，并加以控制。其中 PC616是电压输出型 PN 结集成温度传感器。 PN 结集成温度传感器是利用晶体管在不同的温度下有不同的电流密度差来工作的。它的输出形式可分为电压型和电流型两种，其中电压型的灵敏度一般为 10mV/ ，电流型的灵敏度为 1A/ 。它还具有绝对零度时输出电量为零的特性，利用这一特性，可以很容易地测量绝对温度值。 PN 结集成温度传感器具有良好的输出线性，- 9 - 输出阻抗低 ，易与控制电路接口，可用于温度的测量和控制，也可用于热电偶的冷端温度补偿和空气流速检测等方面。 图 4-1 温度检测电路 PC616A的测量范
18、围是 -40 +125 ，而 PC616C测量范围是 -25 +85 。PC616A 是利用一对非常匹配的晶体管，使它们工作在不同的电流密度下，利用晶体管 VBE 之差 VBE 与温度 (T)的线性关系来测温。在图 1 中，发射极和基极电压之差 VBE 可表示为： VBE=KT/q ln(I1/I2r) 式中： K 为波尔兹曼常数是有关于温度及能量的一个 物理常数 ，等于1.380650510-23 J/K， I1、 I2 为晶体管 G1 和 G2 的集电极电流， q 为电子电荷，r 为 G1 和 G2 发射极面积比，是一个常数。 PC616电路可分为温度传感器部分、稳压部分和运算放大器部分。 温度传感器除可用于测量温度外，还可用于温度控制。如图 3-1 所示，传感器的 2 脚作温度设定值的输入端，通过调节电位器 Rw，使它的电阻值定在与某一温度相对应的电压值上。当外界温度超过或低于此温度时， 1 脚 会输出高电平或低电平，完成对温度的判断，进而实现对温度的控制或进行报警。 稳压部分中具有温度补偿电路，因而使输出电压十分稳定，整个电路性能具有稳定、可靠和重复性好的优点，这部分电路等效成一个击穿电压为 6.85V 的齐纳二极管。 运算放大器在电路中具有两个功能，其一是当 PC616用于测温时，运算放大器的反相输入端与输出端连接而成为电压跟随器，输出信号与所测绝对温度 (K)
