盖昊宇，张 震，姚庆锋，胡贵恒

(安徽工商职业学院 应用工程学院，合肥 231131)

随着信息处理技术的发展，采用信息化管理和智能控制技术构建工业洁净室环境全覆盖监控系统(以下简称监控系统)实现对工业洁净室环境的全覆盖监控，受到人们的极大关注[1]。目前，监控系统主要的设计方法是采用经验模态分析技术[2]，结合ZigBee组网控制技术。但该类方法在进行工业洁净室环境全覆盖监控时可靠性和精准度不高。本文提出基于LoRa技术的工业洁净室环境全覆盖监控系统设计方法，首先构建系统的功能结构模型，结合特征挖掘技术分析工业洁净室环境全覆盖信息特征分量，提取工业洁净室监控数据信息。对监控信息进行分类和融合度检测，提取智能运维作业管理下监控信息的融合向量，结合嵌入式分析方法，得到监控系统的自适应参数嵌入式调度模型，采用TCP传输控制协议实现监控系统的组网设计。最后进行仿真测试分析。

1 系统总体功能构成及数据传输

1.1 系统总体功能构成

系统总体设计采用嵌入式设计技术，构建信息处理模块，结合程序加载控制，进行监控系统的模糊信息调度和总线加载[3]；分析监控系统的编译程序信息，通过总线传输控制，建立系统的指令加载模块，提高预警分析能力。系统总体设计构架如图1所示。

图1 系统总体设计构架

在系统设计构架的基础上，采用16位的外设总线进行自动测报和信息传输控制，采用指令信息模糊加载的方法，构建网络组网控制模块，结合交叉编译和程序读写控制，实现对工业洁净室环境自动监控和模糊参数融合[4]，得到系统功能结构模块如图2所示。

图2 系统功能结构模块

构建信息处理模块，结合交叉编译和CPLD编程设计的方法，进行人机交互设计；构建集成处理模块，采用CPLD编程设计，结合ISA/EISA/Micro Channel扩充总线进行工业洁净室环境信息监控和输出转换控制[5]。

1.2 数据传输

构建大数据分析模型，结合信息匹配和特征挖掘技术分析信息特征分量，结合统计特征分析模型进行信息分类和匹配度检测[6]。在多径传播特性约束下，系统访问控制的频域特征参数为NS，对工业洁净室环境自动监控，得到其空间信道传输模型为：

(1)

式中：qj是数据接收的带宽；aj为信道增益强度系数；cj为扩频序列。通过时间宽度分析，构建系统的信道增益调节模型，根据传感器节点分布，进行系统的访问接口设计，得到系统信息传输信道的第n层的负载：

(2)

(3)

式中：m为关联特征分量。通过延时共轭相乘和残差分析，得到系统的输出空间链路模型：

(4)

式中：B是系统的随机分布序列；L为系统的多普勒频偏；i,j为系统的节点对数；μ(i)为系统的接入节点(i,j)的频移参数[7]。

通过输出可靠性调节，建立系统访问的传输模型[8]，得到系统数据的输出函数：

(5)

(6)

2 系统优化设计

2.1 信息融合

计算监控系统的访问时间周期，结合相似度分析与大数据信息融合的方法，建立滤波函数实现对系统监控信息过滤，结合模糊度检测，得到信息融合模型[9]，计算监控系统的稀疏矩阵W(t)的最优解，即

(7)

式中：maxW(t)表示稀疏矩阵最大边界值；minW(t)表示稀疏矩阵最小边界值。输出系统的访问控制参数，得到监控信息输出的模糊度函数为：

(8)

式中：WT表示访问数据回传速度；V-1表示监控信息模糊向量。根据不同场景需求，得到系统访问控制的正则化参数描述为：

(9)

通过反馈参数调节与信息融合，构建工业洁净室环境全覆盖监控的融合分布向量，表示为：

(10)

(11)

式中：wi表示系统自适应融合参数；αi表示反馈参数调节范围函数。通过多参数联合估计，进行环境全覆盖监控和输出均衡配置[10]。

2.2 嵌入式调度

采用物联网组网控制和传感节点分布式部署方法，实现对工业洁净室环境全覆盖监控的过程控制和程序交叉编译，结合分区块调节和聚类分析[11]，得到系统数据接入访问的统计信息量为：

(12)

式中：w(n)表示数据聚类参数；p(n)表示区块调节参数；K表示数据接入访问频率。对式(12)求得最优解，基于全局寻优控制的方法，实现系统的输出转换控制，得到监控输出的载波函数w0，系统的传递带宽为：

(13)

根据上述分析，采用增广拉格朗日乘子向量分析[12]的方法，采用信道均衡配置的方法，进行系统的可靠性分配，得到监控数据的调度参数为：

(14)

通过多源参数调度，构建监控系统的回归检测模型[13]，分别记为∂vi和βvi，网络可靠性及传输速率为：

(15)

(16)

结合嵌入式分析方法，得到系统的自适应参数嵌入式调度模型为：

(17)

通过均衡控制，实现系统访问控制，并采用传输控制协议(Transmission Control Protocol，TCP)实现系统的组网设计[15]。

3 仿真实验与结果分析

为了验证本文方法的应用性能，进行仿真测试分析，设定系统监控的节点为1 200，迭代次数为62，调度周期为15 min，测试监控系统的访问误码率，得到测试结果如图3所示。

图3 系统误码率测试

分析图3得知，本文方法的误码率较低。测试监控系统的信息访问延迟率，得到对比结果如图4所示。

图4 访问延迟率测试

分析图4得知，本文方法的延迟率较低。测试监控输出的覆盖度水平，得到对比结果见表1。

表1 覆盖度水平测试

分析表1得知，本文方法的覆盖度较高，覆盖水平较强。

4 结语

本文提出基于LoRa技术的工业洁净室环境全覆盖监控系统设计：通过总线传输控制，建立系统指令加载模块，构建网络组网控制模块；结合交叉编译和程序读写控制，实现自动监控和模糊参数融合；建立滤波函数实现信息过滤；采用信道均衡配置的方法，进行系统可靠选性分配。仿真实验验证：本文方法的覆盖度较高，延迟率和误码率较低，可靠性较好。