物联网嵌入式智能设备实时控制系统设计分析

傅杰

（浙江机电职业技术学院，浙江 杭州 310053）

0 引言

随着智能设备的普及，对其进行实时控制已经成为了常态化需求，因此需要对物联网嵌入式智能设备实时控制系统进行研究。物联网技术的发展对智能设备实现实时控制提供了基础，通过对智能设备总体框架的设计以及各模块的要求，结合仿真数据进行试验，最终实现物联网嵌入式智能设备实时控制系统的设计。

1 物联网嵌入式智能设备的简单概述

物联网主要是通过射频识别、全球定位系统以及激光扫描等信息传感设备，按照约定的协议将各种物品和互联网相连，并进行信息交换。从而能够进行智能识别、定位、监控以及管理的网络。不仅实现了物品能够接入互联网，更可以实现物品和物品之间的信息交流，如洗衣机智能识别衣物，选择合适和洗涤方式等。通过物物相连的网络，组织科学的信息交互方式。如射频识别技术就属于非接触式自动识别技术，主要就是利用读写器和电子标签之间的进行非接触式的数据传输服务，从而对目标进行数据交换。并且已经作为物联网技术较为成熟的应用，已经在农业自动化、交通运输管理以及工业自动化中等众多领域，取得了十分良好的应用效果[1]。

2 智能设备实时控制系统设计要素分析

为了能够实现对复杂系统的精准控制，一方面需要对其实时采集数据，对数据分析后采取必要的控制手段；另一方面，需要对数据进行必要的处理，才能够实现精准的判断。在系统设计方面，如支持短消息的智能设备控制系统，可以通过短消息实现各个设备之间信息交流，控制虽然相对灵活，但是抗干扰能力不佳。还有设计者通过以太网技术和CAN技术相结合运用于智能设备中，有手动控制和自动控制两种方式，由于该方式实现模式较为复杂，具有较高的故障率。除此之外，还有可扩展网关架构等，但是由于其网络权限验证等问题，传输效能不高，难以推广。因此，需要设计一种具有安全性和高效率控制能力的系统框架，提升智能设备的运行效率[2]。

3 嵌入式智能设备实时控制系统设计分析

3.1 嵌入式智能设备实时控制系统的总体框架设计

由于整个系统中涉及的智能设备较多，一般系统设计采取的是分散管理，这就导致各个智能设备之间联网复杂，难以形成统一的管理方式。如果用户无法进行联网控制，就无法对设备进行统一管理，也无法接入智能管理模块。因此，为了能够对所有智能设备进行统一管理，需要采用多接口模式将智能设备进行统一联网，集中控制。其中智能控制终端为主要云平台，以太网为信息传递线路，并且有软件部分、RS-485总线、核心处理器、时钟部分以及远程控制部分等各个结节组成[3]。

3.2 核心处理器和RS-485总线设计

核心处理器是对整个系统进行控制，因此需要多个UART接口，A/D转换器、以太网结构和IO口。这就需要选择的市场上合适ARM处理器件，满足对各种智能设备的兼容和处理复杂问题的需求。另外，还需要采用RS-485总线设计，该总线设计具有数据传输效率高、可靠性强等优点，并且能够兼容所需要的核心处理原件。需要将处理器的引脚和RS-485总线输出进行连接，通过电平的跳变病情，对智能设备的接入变化进行分析，可以和相关设备进行有效通信，完成对数据的处理[4]。

3.3 以太网的通信设计

在选择的ARM处理器中，系统会自带以太网模块，并且和网络处理芯片相联系，可以让数据包的传输效率得到显著提高。其中以太网通信模块主要有寄存器、总线接口以及DMA等构成。主机寄存器的主要功能就是确定以太网的工作方式，掌握其工作状态。接口可以直接连接RS-485总线，实现模块和能够及时读取寄存器力的数据。其中DMA的主要可以用于数据缓冲区和寄存器之家通信，从而能够获得较为准确快速的数据通信。通过以太网传输，能够非常方便的快速传输大量信息，对相关数据进行及时处理。可以有效满足系统对数据传输的基本需求[5]。

3.4 远程报警模块的设计分析

智能系统在运行阶段，为了确保其具备一定的安全性，需要应用到远程报警模块，对其中出现的各种问题及时进行反馈，使工程技术人员或者系统使用人员能够及时发现问题。该系统的设计需用实时性和一定的可靠性，该报警模块也需要采集重点控制中心，并由采集终端连接在RS-485总线上，才能够有效的完成对警报信号的及时判断和预警信息的发布。远程报警模块的主要构成包含现场信息采集终端、控制中心以及数据传输模块，采集终端的主要构成有智能设备以及传感器模块等，通过对现场各项数据进行采集，并将其物理信号或者化学信号转化为电信号，一旦触发某一阈值，就会传输至控制中心进行报警。数据传输模块可以将数据通过网络信道直接传输到控制中心，从而触发相应的警报[6]。

3.5 人机交互系统的设计

人机交互模块是系统的关键控制单元，通过一系列数据的设定对整个系统进行参数调节。高效的人机交互界面能够提升用户的使用效果，能够使整个系统更加智能化。人机交互系统的设计主要由液晶显示屏、信息控制按键、存储器以及语音模块构成。可以用互联网或者本地时钟模块提供计时功能，通过设置日期和时间，为工作日志的提供重要的参数支持。存储器的作用就是对系统运行的状况和信息进行保存，以便于系统工程师在维护中对系统的运行情况有着准确的了解。信息控制按键的是为人机交互提供接口。可以对系统中的关键参数进行调整，从而使其能够适应不同场景下的工作模式。显示屏的是人机交互的关键，这里显示系统关键参数，并且需要含有中英文字库，便于开发应用。语音模块则需满足体积小，合成音质好等各种需求，且不需要外部辅助电路，可以智能识别一些简单的语音指令，或者发出语音提示。人机交互界面是用户和系统进行对话的关键渠道，智能设备出现问题后，通过语音提升，或者显示屏显示错误代码的方式，可以快速锁定报警源头，及时进行处理，对保证系统的安全性有着重要作用[7]。

3.6 软件系统的设计

为了能够获得对各个智能设备精准的控制，需要选用B/S+C/S结合的控制服务，系统人阿基设计方案主要综合了其两者的架构服务技术，底层由本地数据库，B/S架构服务程序和C/S架构Web服务程序，两种服务程序可以应对不同的数据处理方式。其中当需要处理的数据较多是可以采用C/S设计模式，提升其处理能力。如果需要处理较少的数据后，需要采取B/S架构服务程序，才能够更加节能，可以长时间进行待机状态。通过对软件系统的设计，可以对多用户进行系统性调节，提高计算效率[8]。

4 系统仿真实验分析

为了确定该系统的准确，需要对相关实验进行有效分析，需要对该系统进行仿真实验，发现其中存在的问题，并且能够将Web控制系统进行对比。仿真器的选择以JTAG接口，并进行系统的有效调试。通过对各项参数的分析不难发现，在控制信号稳定方面，本次系统设计稳定性提高了至少40%，这对于提升系统的可靠性具有重要意义。另外，在智能设备误差控制方面，也明显具有一定的优势，其误差曲线更加平稳，使其能够保持在一定范围内。可见其具备良好系统稳定性。通过系统的仿真实验，能够在软件中对整个系统进行有效测试，为系统的准确布置提供参数支持，可以提前发现其中存在的问题，方便调试和重新设计。

5 结语

总之，在进行物联网嵌入式智能设备实时控制系统设计中，需要进行实时控制系统的总体框设计，RS-485的总线结构能够和ARM处理其单元构成一个稳定的总线传输网络，以太网模块以及网络处理芯片可以让数据包的传输效率得到显著提高。远程报警模块和人机交互系统的设计，能够使智能设备更好地服务实时控制系统，可以对参数进行系统性调节，使各个模块都能够发挥其系统性能，获得准确的参数设置，确保物联网嵌入式智能设备实时控制系统的稳定性。