基于龍芯的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)

摘"要：在標(biāo)準(zhǔn)的紫蜂技術(shù)協(xié)議中，沒有數(shù)據(jù)融合的設(shè)計(jì)規(guī)范，只能用于數(shù)據(jù)冗余度較低的應(yīng)用中.對(duì)于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)冗余很大，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)冗余會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)頻繁爭(zhēng)奪信道，增加網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，甚至造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓.為解決這一問題，構(gòu)建了基于紫蜂技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，采用多級(jí)自適應(yīng)數(shù)據(jù)融合算法，減少數(shù)據(jù)冗余，提高數(shù)據(jù)精度，提高查詢效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠環(huán)境數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集和智能監(jiān)控.

關(guān)鍵詞：紫蜂技術(shù);多傳感器數(shù)據(jù)融合;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TP393.09

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0"引"言

工廠的環(huán)境數(shù)據(jù)采集通常是手工進(jìn)行的，偶爾也會(huì)使用有線系統(tǒng)，這些系統(tǒng)昂貴且不靈活，在安全性方面并不是最好，因?yàn)樾枰蛡蚬と嗽跓焽杌驈U水管道等危險(xiǎn)的地方進(jìn)行測(cè)量.這樣一來(lái)，如果發(fā)生了災(zāi)難性的排放，工廠要等到下次測(cè)量才會(huì)注意到，而下一次測(cè)量可能需要幾周時(shí)間.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）能夠提供更可靠和安全的測(cè)量過(guò)程，傳感器節(jié)點(diǎn)的壽命主要取決于電池的來(lái)源.根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)表，節(jié)點(diǎn)用于處理的功耗將低于通信（發(fā)射機(jī)）活動(dòng)^［1-2］.WSN可以有效地監(jiān)測(cè)環(huán)境信息，在智慧農(nóng)業(yè)、自動(dòng)駕駛、軍事防御等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用^［3-5］.數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)集成是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)^［6］中最難解決的問題之一.在傳統(tǒng)的生產(chǎn)環(huán)境中，獲取信息的手段是利用大量無(wú)線傳感器采集節(jié)點(diǎn)獲取環(huán)境信息，無(wú)法消除傳感器可能存在的冗余和矛盾的數(shù)據(jù)^［7-8］.傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸多采用有線通信，有線通信存在成本較高、布線繁瑣、系統(tǒng)擴(kuò)展性能差、線路老化快及抗干擾能力差等問題^［9］.因此，本研究設(shè)計(jì)了一款采用ZigBee（紫蜂技術(shù)）組網(wǎng)的 LS2K1000LA 微處理器，省去了有線布線的麻煩.它還采用了多層次的數(shù)據(jù)融合模型，將采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，減少數(shù)據(jù)冗余，降低了系統(tǒng)功耗和成本，提高了生產(chǎn)效率和管理水平.

1"工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1"選擇無(wú)線傳輸方式

傳統(tǒng)的布線控制方式成本高，而且操作復(fù)雜.無(wú)線方式很好地解決了這一問題，它具有功耗低、壽命長(zhǎng)、設(shè)備穩(wěn)定等特點(diǎn).目前應(yīng)用的無(wú)線通信技術(shù)主要有移動(dòng)熱點(diǎn)（WiFi）、藍(lán)牙、近場(chǎng)通信（NFC）、ZigBee等.每種技術(shù)的特性在一定程度上決定了各自的適用場(chǎng)景和應(yīng)用范圍.幾種主要無(wú)線通信方式的對(duì)比見表 1 .

ZigBee是一種新興的短距離、低功耗及低速率無(wú)線接入技術(shù)，它看起來(lái)與藍(lán)牙類似，但藍(lán)牙更簡(jiǎn)單.ZigBee大多數(shù)時(shí)候在睡眠模式下傳輸速率和功耗更低，特別是對(duì)于那些不需要立即傳輸或不斷更新的場(chǎng)合，例如工業(yè)控制和傳感器網(wǎng)絡(luò)^［10］.同時(shí)，其芯片內(nèi)置強(qiáng)大的ZigBee協(xié)議棧，ZigBee協(xié)議棧可將各層定義的協(xié)議都集合在一起，以函數(shù)的形式實(shí)現(xiàn)，并給用戶提供應(yīng)用程序編程接口（API），用戶可以直接調(diào)用^［11］.就目前國(guó)內(nèi)工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展水平和技術(shù)成熟度而言，ZigBee無(wú)線技術(shù)在工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用無(wú)疑更為廣泛.通過(guò)表1的對(duì)比結(jié)果，本研究設(shè)計(jì)的工廠環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)最終采用ZigBee通信.

1.2"ZigBee 組網(wǎng)方式

ZigBee 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)是一種主從結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，即網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，每個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)協(xié)調(diào)器組成，其功能見表 2.

ZigBee 協(xié)議有星形、樹形和網(wǎng)狀3種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).

在星形拓?fù)渲校瑓f(xié)調(diào)器控制著所有設(shè)備之間的通信業(yè)務(wù)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)中唯一的父節(jié)點(diǎn)，根據(jù)這種網(wǎng)絡(luò)的工作模式，可以稱之為主從網(wǎng)絡(luò).星形拓?fù)渚哂幸子趯?shí)現(xiàn)、可擴(kuò)展與擁塞等特點(diǎn).因此，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)更適合小規(guī)模的室內(nèi)場(chǎng)景.

在樹形拓?fù)渲校瑓f(xié)調(diào)器和路由器都可以作為父節(jié)點(diǎn)，路由器和終端也可以作為子節(jié)點(diǎn).樹形拓?fù)浠谛切谓Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了擴(kuò)展，因此，比星形拓?fù)渚哂懈鼜?qiáng)的可擴(kuò)展性，從而減輕了協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的負(fù)擔(dān).但是，樹形拓?fù)淙匀蝗菀壮霈F(xiàn)擁塞與安全性較差等問題.

在網(wǎng)狀拓?fù)渲校?jié)點(diǎn)之間可以直接通信.這種方法可以看作是一種改進(jìn)的樹狀網(wǎng)絡(luò).雖然星形拓?fù)浯嬖诓蛔悖紤]到本次設(shè)計(jì)的應(yīng)用場(chǎng)景，星形結(jié)構(gòu)完全可以滿足需求，因此，本次設(shè)計(jì)采用星形拓?fù)?ZigBee網(wǎng)絡(luò)的3種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 1所示.

1.3"整體系統(tǒng)框架

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠環(huán)境的智能監(jiān)控，本研究設(shè)計(jì)了一個(gè)能夠自動(dòng)監(jiān)控環(huán)境參數(shù)的系統(tǒng).采用數(shù)據(jù)融合處理，在降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜性的同時(shí)，提高系統(tǒng)的魯棒性和抗干擾性能.本研究設(shè)計(jì)的基于龍芯LS2K1000LA的工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體框架如圖2所示.系統(tǒng)采用龍芯LS2K1000LA作為主控制器（MCU），其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度、濕度和光強(qiáng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和顯示.

1.4"工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

網(wǎng)關(guān)的串口接口也可以連接到ZigBee協(xié)調(diào)器，通過(guò)與協(xié)調(diào)器的通信，網(wǎng)關(guān)可以獲取ZigBee組網(wǎng)信息和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D信息，并讀取各終端的信息.ZigBee 協(xié)調(diào)器以CC2350為核心，通過(guò)自身的串口接口連接到龍芯開發(fā)板，傳輸?shù)介_發(fā)板后實(shí)現(xiàn)串口通信.當(dāng)協(xié)調(diào)器打開或按下按鈕時(shí)，它會(huì)通過(guò)串口發(fā)送信息，以便網(wǎng)關(guān)確認(rèn)協(xié)調(diào)器是否連接.圖3顯示了網(wǎng)關(guān)和

ZigBee協(xié)調(diào)器之間的通信過(guò)程.協(xié)調(diào)器會(huì)定期獲取其組網(wǎng)中的終端信息，并對(duì)其進(jìn)行處理，通過(guò)串口將終端信息傳輸給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)根據(jù)協(xié)調(diào)器返回的信息在本地顯示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D和終端信息.

2"工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1"總體硬件描述

系統(tǒng)硬件由外部接口、系統(tǒng)接口適配器板和龍芯開發(fā)板組成.圖4顯示了系統(tǒng)的主要硬件組成.龍芯開發(fā)板作為核心處理器和數(shù)據(jù)處理上下行中心，適配器板通過(guò)線纜與龍芯開發(fā)板連接，并將所有相關(guān)引腳轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的外部接口，通過(guò)端子排連接外部輸入或輸出.同時(shí)，龍芯通過(guò)高清多媒體接口（HDMI）和通用串行總線（USB）接口直接連接觸摸屏，通過(guò)屏幕本地發(fā)出指令和顯示數(shù)據(jù).UART為通用異步接收和發(fā)送器，RS485代表總線數(shù)據(jù).

2.2"方案比較與選擇

2.2.1"微處理器

本研究設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)以國(guó)產(chǎn)龍芯LS2K1000LA為微處理器，基于龍架構(gòu)雙核LA264，板載4 GB內(nèi)存粒子，1 GB NAND Flash存儲(chǔ)，支持I/O接口，支持接口擴(kuò)展，支持-40～85 ℃寬溫度工作，適用于多種工業(yè)場(chǎng)景.LS2K1000LA能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展板物理結(jié)構(gòu)圖如圖5所示.

2.2.2"ZigBee無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)解決方案

為了實(shí)現(xiàn)無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的接入，網(wǎng)關(guān)需要接入系統(tǒng)中ZigBee相關(guān)模塊，常用的ZigBee無(wú)線收發(fā)芯片有CH579MQFN-48、CC2530、RFX2401C和CC2520等.參考實(shí)例，以及根據(jù)實(shí)際的功耗問題，選擇CC2530作為ZigBee無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線收發(fā)芯片.

2.2.3"電壓和電流采集方案與系統(tǒng)功率分配

由于龍芯Ⅱ（第二代）開發(fā)板沒有內(nèi)置ADC，因此電壓和電流的采集需要借助外部數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片來(lái)實(shí)現(xiàn).電壓采集芯片從量程到精度和功耗各不相同，如ADC0831CCN、ADS1115、ADC0804和CS5368-CQZ等.考慮到工業(yè)應(yīng)用中對(duì)電壓采集精度和相應(yīng)的速度要求比較高，選擇ADS1115高速AD芯片.同時(shí)利用直流電壓變送器信號(hào)隔離器將電流轉(zhuǎn)換成0～5 V的電壓，通過(guò)ADS1115采集后計(jì)算出原始電流值.網(wǎng)關(guān)包含多個(gè)供電設(shè)備，工作電壓范圍為5～220 V.網(wǎng)關(guān)外部有一個(gè)產(chǎn)品接口，外部接220 V電壓，通過(guò)內(nèi)部供電系統(tǒng)下電給網(wǎng)關(guān)內(nèi)所有電源模塊供電.圖6為網(wǎng)關(guān)的系統(tǒng)配電框圖.

2.2.4"模擬量輸入接口與開關(guān)量

模擬輸入接口包括電流采集接口和電壓采集接口.其中電壓采集接口可以采集0～5 V的模擬電壓值，并將該電壓值傳輸?shù)竭m配器板上的ADS1115數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)，再通過(guò)IIC通信協(xié)議傳輸?shù)烬埿綢I進(jìn)行處理;電流采集接口通過(guò)電流轉(zhuǎn)電壓模塊連接到ADS1115上，最后輸入到龍芯Ⅱ.系統(tǒng)具有3個(gè)開關(guān)輸入接口，其中1號(hào)和2號(hào)接口為單向輸入開關(guān)接口，在適配器板電路中加入光耦隔離芯片，可承受0～12 V的開關(guān)電壓值，降低到龍芯芯片輸入輸出口的安全電壓.3號(hào)開關(guān)接口沒有光耦隔離芯片，因此只能輸入較低的電壓值，但其輸入輸出模式可以通過(guò)圖形界面配置功能進(jìn)行配置.圖7顯示了模擬接口傳輸?shù)烬埿劲颍约敖粨Q接口與龍芯之間的連接過(guò)程.

3"多傳感器數(shù)據(jù)融合算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1"多層次自適應(yīng)數(shù)據(jù)融合模型

由于基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工廠環(huán)境中采集節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多，且節(jié)點(diǎn)之間距離較近，因此存在較高的冗余度.一般來(lái)說(shuō)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍與節(jié)點(diǎn)數(shù)量成正比.如果想要全面準(zhǔn)確地采集數(shù)據(jù)，就不可避免地會(huì)出現(xiàn)大量的節(jié)點(diǎn)冗余，這是一個(gè)不可調(diào)和的矛盾.

本研究首先對(duì)同一傳感器多次測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行一級(jí)融合，提出了一種多級(jí)自適應(yīng)數(shù)據(jù)融合方法.具體而言，首先，對(duì)不同位置的同一傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，通常采用超值指數(shù)平滑法對(duì)傳感器采集到的誤差較大的數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，使數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)不會(huì)丟失，相關(guān)結(jié)果更符合真實(shí)環(huán)境;然后，采用自適應(yīng)加權(quán)平均算法進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，根據(jù)均方誤差最小的原理，自動(dòng)找到采集節(jié)點(diǎn)中各傳感器對(duì)應(yīng)的權(quán)值，將各傳感器采集到的數(shù)據(jù)乘以權(quán)值再求和，得到最終的融合值，通過(guò)二級(jí)數(shù)據(jù)融合達(dá)到減少數(shù)據(jù)冗余、提高數(shù)據(jù)精度的目的.同樣的方法可用于處理大氣壓和電流量.用于數(shù)據(jù)融合的溫度數(shù)據(jù)融合模型如圖8所示.

3.2"極限指數(shù)平滑

指數(shù)平滑計(jì)算公式是從簡(jiǎn)單的移動(dòng)平均公式改進(jìn)而來(lái)的.簡(jiǎn)單移動(dòng)平均法計(jì)算在預(yù)測(cè)移動(dòng)平均時(shí)，必須存儲(chǔ)最近的實(shí)際數(shù)據(jù)，且正向數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)值的影響程度等于最近的實(shí)際數(shù)據(jù)，即權(quán)重為1/n.事實(shí)上，最近的實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)值的影響程度一般比早期的數(shù)據(jù)更重要，因?yàn)閷?shí)際數(shù)據(jù)包含了更多關(guān)于未來(lái)的最新信息.加權(quán)移動(dòng)平均法可以彌補(bǔ)這一不足，其臨賦予近值相應(yīng)的權(quán)重，減少正向值的權(quán)重，并根據(jù)其對(duì)預(yù)測(cè)值的影響程度，給不同時(shí)期的值賦予相應(yīng)的權(quán)重，但計(jì)算過(guò)程比較復(fù)雜，而指數(shù)平滑法可以彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，方便快捷^［7］.指數(shù)滑動(dòng)平均法的公式為，

p_t=wx_t+（1－w）p_t－1（1）

式中，x_t為觀測(cè)值;p_t表示預(yù)測(cè)值;w表示衰減權(quán)值，通常設(shè)為0.9的固定值.

p_t-1=wx_t+（1－w）p_t－2（2）

通過(guò)式（1）和（2），可得式（3），

p_t=wx_t+（1－w）（wx_t－1+（1－w）p_t－2）（3）

在式（3）中，p_t和p_t－2的關(guān)系是（1－w）²倍，在式（1）中，p_t和p_t－1的關(guān)系是1－w倍，表現(xiàn)為指數(shù)衰減關(guān)系.

同時(shí)，在初始時(shí)刻存在如下關(guān)系，

p₀=x₀（4）

x_t=g_t+ε_t（5）

式中，g_t為真值;ε_t為噪聲.

根據(jù)這個(gè)關(guān)系和上面的遞歸公式，可以得到整個(gè)算法的公式，并得到指數(shù)衰減的誤差項(xiàng)，為了簡(jiǎn)單地表示，設(shè)當(dāng)前時(shí)間為t=2，同時(shí)將式（4）和式（5）代入式（3），得到誤差項(xiàng)為，

ε=wε₂+（1－w）（wε₁+（1－w）ε₀）（6）

從上面可以看出，誤差項(xiàng)也是指數(shù)衰減的，而且越接近當(dāng)前時(shí)刻，誤差項(xiàng)的權(quán)重越大.而且由于在當(dāng)前的工程場(chǎng)景中，誤差是固定分布的，不受目標(biāo)觀測(cè)值大小的影響，所以指數(shù)平滑法會(huì)比滑動(dòng)平均法更接近真實(shí)值.

綜上所述，本研究的一級(jí)融合采用了超限指數(shù)平滑法.超限指數(shù)平滑法是看當(dāng)前值與指數(shù)加權(quán)平均值是否相差過(guò)大，如果相差過(guò)大且超過(guò)一定閾值，則用指數(shù)加權(quán)平均值代替當(dāng)前閾值，如果未超過(guò)閾值，則使用其本身的值.

g（w）=a（w）f（w）－a（w）gt;Tf（w）Other（7）

式中，T為設(shè)置的閾值，a（w）為指數(shù)加權(quán)平均值，f（w）為當(dāng)前值.

自適應(yīng)加權(quán)融合算法的核心思想是根據(jù)不同數(shù)據(jù)源的貢獻(xiàn)程度自動(dòng)調(diào)整權(quán)重.具體來(lái)說(shuō)，該算法根據(jù)每個(gè)數(shù)據(jù)源的誤差計(jì)算權(quán)重，誤差越小，數(shù)據(jù)源的權(quán)重越大，權(quán)重越小，誤差越大.這樣就保證了各個(gè)數(shù)據(jù)源的貢獻(xiàn)得到充分體現(xiàn)，提高了融合結(jié)果的準(zhǔn)確性.

4"系統(tǒng)測(cè)試和實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.1"實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示

如圖9所示，點(diǎn)擊首頁(yè)左欄實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，該界面顯示網(wǎng)關(guān)采集到的各種數(shù)據(jù)，包括電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)、ZigBee終端溫度、RS485總線數(shù)據(jù)（距離）和交換機(jī)數(shù)據(jù).1 s采集一次數(shù)據(jù)，1.5 s更新一次接口數(shù)據(jù)，用于向用戶臨時(shí)更新數(shù)據(jù).

4.2"ZigBee串口配置

如圖10所示，ZigBee模塊與網(wǎng)關(guān)之間的串口通信，網(wǎng)關(guān)上有2個(gè)串口接口，一個(gè)接口對(duì)應(yīng)UART1，另一個(gè)串口接口對(duì)應(yīng)UART2.ZigBee可以選擇任意串口與網(wǎng)關(guān)通信，現(xiàn)在將ZigBee連接到UART2上，此時(shí)可以采集溫度值.

4.3"溫度數(shù)據(jù)融合實(shí)驗(yàn)

在本實(shí)驗(yàn)中，隨機(jī)抽取4組溫度傳感器采集的16個(gè)溫度數(shù)據(jù)，對(duì)以上數(shù)據(jù)融合后得到4個(gè)融合值，見表3.

溫度傳感器每15 s采集一次溫度數(shù)據(jù)，將1 min內(nèi)采集到的4次溫度數(shù)據(jù)取平均值，同時(shí)進(jìn)行方差計(jì)算，溫度傳感器4個(gè)節(jié)點(diǎn)的平均值和方差見表4.

根據(jù)平均值計(jì)算的均方誤差為，

σ²_p=1k∑⁴_p=1σ²_p=14∑⁴_p=1σ²_p=0.126 195（8）

顯然，2種方法在數(shù)據(jù)融合后的方差差異較大，使用自適應(yīng)加權(quán)平均融合得到的估計(jì)值在穩(wěn)定性和可靠性上都比直接平均要高得多.

5"結(jié)"論

本研究基于ZigBee技術(shù)和多傳感器數(shù)據(jù)融合，構(gòu)建了一個(gè)工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng).在標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee協(xié)議中，由于缺乏數(shù)據(jù)融合的設(shè)計(jì)規(guī)范，存在數(shù)據(jù)冗余的問題，尤其在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓.為解決這一問題，本研究采用了基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并引入多級(jí)自適應(yīng)數(shù)據(jù)融合算法，以減少數(shù)據(jù)冗余、提高數(shù)據(jù)精度和查詢效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠環(huán)境數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集和智能監(jiān)控.針對(duì)數(shù)據(jù)冗余的問題，本研究提出了多層次自適應(yīng)數(shù)據(jù)融合模型.通過(guò)超限指數(shù)平滑法對(duì)同一傳感器多次測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行一級(jí)融合，然后采用自適應(yīng)加權(quán)平均融合算法進(jìn)行二級(jí)融合，以減少數(shù)據(jù)冗余、提高數(shù)據(jù)精度.最后，進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試和實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示.在溫度數(shù)據(jù)融合實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)對(duì)4組溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行多級(jí)自適應(yīng)數(shù)據(jù)融合，得到了更穩(wěn)定和可靠的結(jié)果，相較于直接平均方法，提高了估計(jì)的穩(wěn)定性和可靠性.本研究通過(guò)結(jié)合ZigBee技術(shù)和多傳感器數(shù)據(jù)融合，構(gòu)建了一個(gè)有效的工廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，解決了數(shù)據(jù)冗余和傳輸問題，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)的性能.

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（實(shí)習(xí)編輯：林"璐）

Industrial Internet Gateway Based on Loongson

WANG Jing¹，F(xiàn)ENG Lu²

（1.School of Intelligent Engineering，Sichuan Changjiang Vocational College，Chengdu 610106，China;

2.School of Mechanical and Electrical Engineering，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

Abstract：

In the standard ZigBee protocol，there is no design specification for data fusion，so that it can only be used in applications with low data redundancy.For large-scale networks，the data redundancy in the network is large，and data redundancy in the network will cause nodes to frequently compete for channels，increase network latency，and even cause network paralysis.In order to solve this problem，a wireless sensor network based on ZigBee technology is built，and a multi-level adaptive data fusion algorithm is used to reduce data redundancy，enhance data accuracy and improve query efficiency，and finally achieve the accurate collection and intelligent monitoring of factory environmental data.

Key words：

ZigBee technology;multi-sensor data fusion;wireless sensor networks