高性能传感器智能处理平台系统的设计与实现

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信息的感知获取处理是物联网应用的基础,越来越多的测试测量任务要求以网络化的传感器系统为测试平台,实现将高精度、高速度、多样性、灵活性相结合的智能感知,因此传统传感器正处于向新型传感器转型过程之中。新型传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、网络化,它不仅促进传统产业的改造,而且导致新型物联网工业的兴起,成为新的经济增长点,在此过程中,要求所有传统企业都具有数字化智能处理模块开发生产能力是不现实也是不必要的,因此数字化智能处理模块发展成一种传感器系统中独立的功能模块,成为独具特色的产线。但此类模块技术壁垒多样,如何解决这些问题并实现此类产品的高性能的国产化,是这个值得研究的问题。本文通过对国内外相关智能传感器产品以及前沿文献资料的调查,分析了当今高性能传感器智能处理平台的关键技术与发展方向。其中的关键技术与难点,首先是传感器单元的选型与信号调理电路的优化设计,如何将输入级的微弱信号伴随较小的干扰输入系统,其次使用嵌入式操作系统为传感器处理平台提供多功能多任务、实时性的基础,以及功能扩展与移植的余地,同时还探讨了在模块化使用的传感器处理平台中,各总线接口技术的应用。再次,还讨论了物联网化的传感器系统所使用的先进无线通信方式。最后研究分析,在传感器处理平台中的软件算法核心为数字滤波算法,这是最高效、最具性价比的优化传感器信号处理品质的方法。本文结合山东省重点研发计划项目的设计目标,进行了硬件选型,确定了以STM32F429处理器与ADS1261模数转换芯片为核心器件,辅以相关通信存储模块的传感器智能处理硬件平台。对三种嵌入式操作系统进行了对比分析,选定了以μC/OS-Ⅲ实时系统为操作系统,分别根据频域与时域滤波设计思路,设计实现了多级时变ⅡR滤波器,与卡尔曼滤波器,以及通过软件控制核心输出用于激励传感器的方法。最终将系统应用在称重传感领域,并进行了测试验证,实现了设计功能与目标。
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