目前有一些非常具有挑戰(zhàn)性的工作但是很適合應用于嵌入式項目用于環(huán)境條件的監(jiān)測。從個人角度來看,環(huán)境監(jiān)測項目是對人類非常有益的一個工程。不管是檢測建筑物內的空氣質量還是測量遠處湖泊內的污染物含量,用于監(jiān)測環(huán)境的嵌入式系統(tǒng)對于我們這個世界是有益處的。
建立趨勢是一個非常有用的方法,我們可以知道系統(tǒng)中正在發(fā)生什么,幫助我們確定相關根源。環(huán)境監(jiān)測工具可以提供必要的先決條件數(shù)據(jù),借助這些數(shù)據(jù)我們可以做出明智的決定如何關心并且與我們的星球和諧共處。畢竟著名的工程師W.Edwards說過“我們相信上帝,但是其他要靠數(shù)據(jù)說話!”
相反,從技術角度來講環(huán)境監(jiān)測項目非常具有挑戰(zhàn)性。有很多獨特的設計需要考慮而很多都嚴重依賴于外界環(huán)境。具體包括以下幾方面:
·惡劣的環(huán)境:我們監(jiān)測很多地點的原因是存在有害因素。這些有害因素對人類健康是有害的,有的情況對于電子器件也是有損傷的。不管是在工廠內的化學環(huán)境還是戶外的惡劣環(huán)境下,我們的嵌入式系統(tǒng)都需要有極強的可靠性和穩(wěn)定性。
·缺少可靠的驅動源:用于監(jiān)測遠端環(huán)境的傳感器不能永遠依靠電網(wǎng),讓設備生產(chǎn)能源并且使用實現(xiàn)系統(tǒng)的自給自足才是關鍵。
·通信:偏遠地點可能距電信基礎設備很遠,因此可能大大限制了系統(tǒng)設備的數(shù)據(jù)通信
·維護:有害的和偏遠的地點是我們不想讓人類涉足的,因此如果不能避免人工參與和系統(tǒng)維護,那么系統(tǒng)設備必須做到小型化。
環(huán)境的偏遠和潛在的危害可能會影響我們的設計選擇,但是在一些消費者導向型的設計中我們可能不需要考慮。有一些設計技巧我們可以集成到環(huán)境監(jiān)測項目中讓系統(tǒng)更加的可靠。在下一步的設計你應該考慮如下幾方面:
·可選的驅動源:對于很多遠程監(jiān)測應用太陽能電池板是首選的解決方案。但是這不意味這是唯一或者最好的選擇。有一類能源被稱為能源收割機(有時也稱為能源拾荒者),能夠將環(huán)境能源轉換成電源,完全能夠驅動小型的嵌入式系統(tǒng)。也可以和電池或者電容搭配使用來存儲能源,因此在環(huán)境能源不能夠轉換足夠的電力時也能夠驅動系統(tǒng)正常運行。
·堅固的設備外殼:普通的系統(tǒng)盒子完全不能夠用于嚴酷的環(huán)境下,因此系統(tǒng)外殼必須能夠承受各種溫度、防水和抵御紫外線輻射。
·看門狗定時器:很多嵌入式平臺都集成有看門狗定時器單元。如果你選擇的平臺沒有,那么仍然有另外的選擇可用??撮T狗定時器可以定期的檢測微控制器管腳的電壓變化,如果在設置的規(guī)定周期(時鐘周期,用戶可編程寫入固件中)后沒有檢測到變化,那么看門狗定時器會向微控制器發(fā)送復位信號。其策略就是如果微控制器發(fā)現(xiàn)自己處于“卡死”狀態(tài),那么它可以自己復位而不需要人工按復位按鈕。
·低功耗模式:根據(jù)不同的計算性能嵌入式平臺應該有不同的功耗模式。了解檢測的環(huán)境變量和最低監(jiān)測頻率,這樣我們就可以設置系統(tǒng)在較低功耗模式下,而且不影響數(shù)據(jù)的采集,同時系統(tǒng)的電池續(xù)航也能更長一些。
·存儲:獲取數(shù)據(jù)只是成功的一半,最終是要在計算機上進行分析利用。這意味著我們要將數(shù)據(jù)從嵌入式系統(tǒng)中取出來并傳遞給服務器或者桌面計算機。然而有時候通信通道是不可靠的,不能讓采集的數(shù)據(jù)在通信的過程中丟失。采用外部存儲器的方式,例如SD卡可以說是一種非常簡單的實現(xiàn)數(shù)據(jù)備份的方案。
·除了Wi-Fi和藍牙:我們日常生活中采用的很多流行的通信協(xié)議如Wi-Fi和藍牙非常適合相對短距離的通信。盡管一些技巧可以用來提高Wi-Fi的傳輸距離,但是對于環(huán)境監(jiān)測應用場合這些技術可能不是最可靠的?;诜涓C網(wǎng)絡的通信模塊或者衛(wèi)星電話可以用于從遠端傳感器節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)。如果你正在搭建包含很多設備的無線傳感器網(wǎng)絡,可以實現(xiàn)一個網(wǎng)狀的拓撲結構,讓設備間相互傳遞數(shù)據(jù)知道達到某個網(wǎng)絡節(jié)點能夠將傳感器數(shù)據(jù)傳輸出去。
·傳感器漂移:很多設備和工具都需要不時地進行校正,這一點兒也不奇怪。對于我們能夠經(jīng)常接觸到的設備,這可能不算什么大事。但是對于無線傳感器網(wǎng)絡我們不能夠輕易的接觸到,因此最好能夠設計某些功能能夠考慮和修正傳感器漂移問題。最簡單的方式就是包含一個傳感器的多個副本,同時根據(jù)不同的傳感器平均值在軟件中插入一個標準值。盡管正在研究一些更復雜的解決方案來應對傳感器漂移,但是現(xiàn)在我們應該意識到傳感器漂移確實存在而且需要不定時的進行校正。
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