彭 瀑，鄭建華

［林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司，重慶 400000］

0 引言

據(jù)國外某革新物聯(lián)網(wǎng)機構分析可知，物聯(lián)網(wǎng)與相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可以帶動上萬億增值服務。而依托于物聯(lián)網(wǎng)中具有的感知全面性、處理智能性等特點，本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能節(jié)能系統(tǒng)，為的就是提高生產(chǎn)中的效率，改變?nèi)藗兊纳罘绞?，真正有效實現(xiàn)能源節(jié)約，降低污染物排放量。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能節(jié)能系統(tǒng)關鍵技術

1.1 硬件設計

1.1.1 電量測量系統(tǒng)

在智能節(jié)能系統(tǒng)中，電量采樣電路屬于其中最為關鍵的一種電路。其中在該電路中最為重要的就是電能計量轉(zhuǎn)換芯片ADE7755，能夠真正意義上實現(xiàn)測量待測系統(tǒng)用電情況。ADE7755 將有功功率信息采用頻率的方式輸出，再經(jīng)過V-F 轉(zhuǎn)換以后，采用頻率的方式利用F1、F2 管腳進行輸出，此外，CF 管腳還能輸出高頻信號，主要用來校正電表[1]。圖1 為電量測量子系統(tǒng)硬件電路圖。

圖1 電量測量子系統(tǒng)硬件線路

1.1.2 各個子系統(tǒng)電源設計

在本系統(tǒng)中需要的交流電壓是220V、直流電壓是5V 和3.3V。利用變壓器或這是其他相關電路能夠?qū)⒔涣髯儔恨D(zhuǎn)化成為直流低壓，然后再通過78L05、LM1117穩(wěn)壓芯片以及外圍電路，向控制系統(tǒng)中輸送5V 直流電壓，這樣可以實現(xiàn)為節(jié)點提供3.3V 直流電壓。

1.1.3 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關系統(tǒng)

在現(xiàn)今市場中，Tiny6410 嵌入式核心板技術發(fā)展較為成熟，并且在信息處理能力方面比較強，此時將其作為核心處理器。在嵌入式主板上也有專門配置linux操作系統(tǒng)，并利用QT 開發(fā)出相應的軟件，分類串口采集數(shù)據(jù)。在具體工作過程中主要涉及了轉(zhuǎn)發(fā)、控制兩方面工作。

1.1.4 增值服務系統(tǒng)

（1）短信通知系統(tǒng)。為了保證短信滿足收發(fā)功能，便于用戶實現(xiàn)對家電的遠程監(jiān)控，最終開發(fā)出短線貓短信收發(fā)模塊。GPRS 技術和相關的產(chǎn)品也在無線通信技術的不斷進步下越來越受到人們的重視度。本次選取的短信通知系統(tǒng)通信接口是RS232 串口，在經(jīng)過AT指令下，選擇G1000 作為短信業(yè)務模塊，從中可以享受到最為優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡化短信信息服務。

（2）電器控制系統(tǒng)。用戶在得到了電能消耗信息以后，要是想要對運行的狀態(tài)進行干預，此時就需要采用電器控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中具有的功能是：提供簡單接口，并且介入現(xiàn)有電器網(wǎng)絡，可以控制好電器開關動作。

2 軟件設計

2.1 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關程序

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)管程序在控制流程中包括了多個程序，其中讀基站串口程序作用就是向基站節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，會通過串口的方式發(fā)送給網(wǎng)管，然后再對這些數(shù)據(jù)進行分析；寫基站串口程度就是為了執(zhí)行用戶端的指令，并且利用串口發(fā)送到基站節(jié)點中，然后再發(fā)給無限終端主節(jié)點，以便更好的解析獲得的數(shù)據(jù)；TCP 數(shù)據(jù)上傳程序中的作用實際上就是將網(wǎng)關中獲得的數(shù)據(jù)上傳到遠程服務器中，這樣更有利于后期智能分析和處理[2]。TCP 數(shù)據(jù)上傳程序的作用時將從網(wǎng)關中獲得的相關數(shù)據(jù)上傳到遠程服務器中，這樣更有利于下達指令到節(jié)點中；讀短信貓串口程序就是為了利用短信的方式來獲得相關數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理程序就是為了分析存在的各種邏輯，數(shù)據(jù)顯示程序能夠在網(wǎng)關中展示出相應的數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)處理、存儲以及決策平臺設計

數(shù)據(jù)處理、存儲以及決策平臺可以將無線傳感器網(wǎng)絡中采集溫度、耗電量數(shù)據(jù)進行接收、存儲，并且提供查詢、管理命令的接口等。在提供相應的接口以后，如果數(shù)據(jù)已經(jīng)超過了正常的范圍，此時就需要采取自動的方式斷開開關以此實現(xiàn)節(jié)電的作用。各種網(wǎng)絡通過和終端設備相聯(lián)，也讓人和物之間的信息得到良好交互。結合實時數(shù)據(jù)顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程干預決策，維護、管理各個方面信息。

此外，數(shù)據(jù)處理、存儲以及決策平臺中都可以通過對獲得的信息進行處理與分析，并且也需要制定出后臺專家系統(tǒng)，將獲得的節(jié)電策略反饋給用戶，讓用戶養(yǎng)成良好的用電習慣。同時，也可以設置出閾值，對家中的家電進行自動化的控制，通過采取這種方式不僅可以更好的節(jié)約用電，還能在發(fā)生故障的時候及時做出安全措施，避免出現(xiàn)安全風險。

2.3 數(shù)據(jù)終端展示設計

采用Web 訪問方式，訪問SQLServer 數(shù)據(jù)庫，并且將其中的數(shù)據(jù)進行實時更新，最終有效的展現(xiàn)出相關數(shù)據(jù)，滿足用戶自身的需求情況。依托于Silverlight、WCF 技術設計網(wǎng)頁主要包括了一下兩個方面，一方面采用曲線圖的方式能夠?qū)⒏鞣N設備的用電量情況反映出來，還能做到實時更新；一方面，依托于個體、總體用電量的比較情況，對各個用戶不同使用狀況提出針對性的建議，最終實現(xiàn)節(jié)能目的。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能交通關鍵技術

3.1 智能車輛統(tǒng)計系統(tǒng)概述

在現(xiàn)今交通領域中，急需要解決的一個核心問題就是交通擁堵，因此及時獲得道路上的交通狀況非常重要。通過獲得的車輛的相關數(shù)據(jù)信息，能夠?qū)笃谡{(diào)控、路面信息進行合理的分析，最終緩解交通擁堵的問題。

目前市面上出現(xiàn)了非常多的方法，利用鑒定信號不同類型最終判斷出車輛的類型，如磁場、聲音以及圖像等方式。磁場能夠?qū)μ幱谶\動過程中的車輛進行及時檢測，但是不適合應用到所有車輛中，如果使用這種方法必定會導致路面發(fā)生損壞的現(xiàn)象，所以難以實現(xiàn)長期使用；視覺圖像處理在車輛識別過程中被廣泛應用，但這種方法不適合傳感器網(wǎng)絡，這是因為有非常多的數(shù)據(jù)要被處理，并且所需設備價格較為昂貴；采用聲音的方式進行識別車輛，可以從即時域、時頻域、頻域等方面展開分析。

結合以上分析可知，在對車輛進行識別過程中，可以使用無線傳感器網(wǎng)絡傳遞聲信號進行。地面上的車輛在進行移動過程中會采取不同的方式對環(huán)境產(chǎn)生影響。如果車輛相似，那么在相同的條件下就會出現(xiàn)相同的聲音。基于此，就可以結合聲音的不同做出分類，這樣可以讓人們研究采取哪一種方式才能獲得每一輛車的聲音。

本次研究過程中提出了一個較為新穎的、基于KPCA聲音信號的采集與特征提取方法，并且也將這種方法和其他技術進行了對比，檢測識別率的是支持向量機。

3.2 硬件組成

首先要進行考慮的問題就是：在檢測車輛過程中，是否可以使用處理和存儲資源有線的無線智能聲學傳感器。為了能夠更好的研究這一問題，因此開發(fā)出了嵌入式網(wǎng)關，以這種方式來收集聲音。為保證檢測到的語音信號更加的準確，所以也有開發(fā)出在多角度上的聲音感應裝置。

聲音鑒別系統(tǒng)中，能夠分析、處理實時動態(tài)音頻的一種裝置，對周圍環(huán)境是否存在著需要進行檢測的目標進行分析，最終分析的結果發(fā)送到后臺處理系統(tǒng)中。嵌入式語音感知系統(tǒng)、傳統(tǒng)聲音感知系統(tǒng)之間存在著很大的差距，其中嵌入式的語音感知系統(tǒng)在處理速度上更快，識別率也較高[3]。

CC2430 單片機是感知器核心處理器，該處理器就是T1 公司所生產(chǎn)的低功耗微控制器。其具有著低功耗、大容量、高性能的優(yōu)勢，因此更可以支持在線調(diào)試功能。在該傳感系統(tǒng)基站中使用的開發(fā)板型號是6440ARM。

本次使用的利用聲音來進行車輛統(tǒng)計系統(tǒng)的硬件核心系統(tǒng)具有著功耗低、體積小以及處理能力強的功能，因此可以運行嵌入式的Linux 操作系統(tǒng)。系統(tǒng)中可以收集大量信息，還能進行錄音、壓縮音頻編碼。在進行設計過程中也需要滿足于特定的需求情況，這是因為單片機底層傳感器在通信能力方面有閑，不能采用硬件的方式進行編碼，所以最終設計出基于ARM11 基站的聲音采集和處理系統(tǒng)。經(jīng)常使用的音頻編碼實際上有很多種，為了在考慮到質(zhì)量、編碼率的同時，在本系統(tǒng)中也最終選擇了G723.1 編碼器。

4 基于核復鑒別的智能交通助手系統(tǒng)設計

4.1 系統(tǒng)設計概述

現(xiàn)今在交通系統(tǒng)中，急需要進行解決的一個核心問題就是交通問題。在經(jīng)濟的快速發(fā)展下，有更多的人開始都買機動車，導致道路越來越擁擠，安全方面的問題越來越凸現(xiàn)出來。結合自身經(jīng)驗謹慎開車的同時，在社會不斷進不下有很多新興技術也開始應用到駕駛中，提高人們駕駛的安全性。此外，由于物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了比較先進的智能交通助手。智能交通助手就是在汽車、卡車以及公共汽車上集成布置傳感以及控制系統(tǒng)，為的就是利用集合傳感器以及算法的車聯(lián)網(wǎng)技術，提示司機有潛在風險，提高司機駕駛的安全性。

傅里葉變換應用的非常廣泛，屬于一種圖像處理技術。該技術屬于正交變換，能夠在時間域中將一個復雜的行動轉(zhuǎn)換成為一種簡單的操作。因此，在頻率中能夠有效的提高圖像恢復以及特征的提取。該種時一種模式識別法，并且已經(jīng)在當前領域中得到快速發(fā)展。該種方式在剛剛開始應用的時候也主要是應用到支持向量機中。

本次在研究過程中，利用線性傅里葉變換和該方法的集合，介紹了一種基于傅立葉分析核復判別式算法的新型判別式分析算法，該種方法主要用在提取、識別車輛信息方面：①通過對車輛的原始圖像進行傅里葉變換并將其顯示為一個復型。②F-kda 和F-LDA 根據(jù)線性識別能力的差異來選擇不同的頻段，F(xiàn)-kda 根據(jù)非線性識別能力的差異來選擇核頻段。③一個新的樣本集由所選的波段組成，使用KDA 算法提取特征，并使用最近鄰分類器對它們進行分類。最后，就能夠?qū)Σ煌能囕v進行距離檢測。此時，專門建立起高效智能交通助手，以保證司機在駕駛過程中的安全性。

4.2 硬件組成

圖像采集和處理系統(tǒng)主要是采集、處理、識別圖像，在整個系統(tǒng)中它的硬件平臺是基礎，后續(xù)系統(tǒng)的運行也會受到硬件穩(wěn)定性以及實用性的影響?；诖?，可以采用目前發(fā)展較為成熟的嵌入式系統(tǒng)技術，同時在考慮價格以及性能的基礎上，可以將2440 開發(fā)板作為是基礎的開發(fā)平臺。

其中在開發(fā)平臺中，核心處理器是三星S3C2440，最高運行速度是533M，內(nèi)存有128M，能夠存儲1GB 內(nèi)容。此外，由于其包括了核心板、擴展板，因此具有著良好的擴展性。在該平臺中也能夠直接配置數(shù)字化的攝像頭，液晶屏分辨率方面也能夠達到800×600。支持各種類型的操作系統(tǒng)，其中包括了WINCE、LINUX 等。核心硬件平臺所發(fā)揮出的作用是采集圖像以及顯示圖像，通過將圖像上傳于遠程電腦中，從外部鍵盤上進行發(fā)送以及接收具體的命令。在外圍設備中也涉及了USB 相機。

系統(tǒng)工作內(nèi)容是由嵌入式處理器向CPU 發(fā)送指令，CPU 接收命令，控制外部攝像頭捕捉圖像，并將圖像保存到SDRAM 中。圖像以幀緩沖存儲器的形式從SDRAM 中分離出來。從液晶顯示器上，可以看到圖像直接在幀緩沖中。當存儲在內(nèi)存SDRAM 中的圖像數(shù)據(jù)達到最大值時，將通過網(wǎng)絡將圖像數(shù)據(jù)上傳到遠程主機。通過圖像處理、匹配和距離計算，駕駛者可以得到前方是否有車輛，車輛類型以及相應的距離。

完成圖像采集工作以后，為了保證后續(xù)在提取圖像特征以及具體識別中的效率，此時就會對圖像實行預處理的方式。一方面，灰度圖像在數(shù)據(jù)量方面還比較小，因此在處理速度方面也較高，一方面，灰度圖像還能表現(xiàn)出最為重要的信息，因此能夠?qū)D像實行灰度變換。采集系統(tǒng)中，由于S3C2440 在工作能力方面有限，因此它總會管理灰度圖像，所以相機拍到的彩色圖像也需要轉(zhuǎn)換成為灰度圖像。

5 結語

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)有效解決或緩解了社會能源嚴重浪費以及交通擁堵的萬難題，因此對基于物聯(lián)網(wǎng)的智能系統(tǒng)建立也奠定了良好的基礎。本次提出的智能節(jié)能系統(tǒng)以及基于聲音識別和核主成分分析法、核復鑒別的智能交通助手系統(tǒng)在運行過程中還需要不斷進行完善。