彭 瀑，郑建华

［林同棪国际工程咨询（中国）有限公司，重庆 400000］

0 引言

据国外某革新物联网机构分析可知，物联网与相关产业的发展可以带动上万亿增值服务。而依托于物联网中具有的感知全面性、处理智能性等特点，本文提出了基于物联网的智能节能系统，为的就是提高生产中的效率，改变人们的生活方式，真正有效实现能源节约，降低污染物排放量。

1 基于物联网的智能节能系统关键技术

1.1 硬件设计

1.1.1 电量测量系统

在智能节能系统中，电量采样电路属于其中最为关键的一种电路。其中在该电路中最为重要的就是电能计量转换芯片ADE7755，能够真正意义上实现测量待测系统用电情况。ADE7755 将有功功率信息采用频率的方式输出，再经过V-F 转换以后，采用频率的方式利用F1、F2 管脚进行输出，此外，CF 管脚还能输出高频信号，主要用来校正电表[1]。图1 为电量测量子系统硬件电路图。

图1 电量测量子系统硬件线路

1.1.2 各个子系统电源设计

在本系统中需要的交流电压是220V、直流电压是5V 和3.3V。利用变压器或这是其他相关电路能够将交流变压转化成为直流低压，然后再通过78L05、LM1117稳压芯片以及外围电路，向控制系统中输送5V 直流电压，这样可以实现为节点提供3.3V 直流电压。

1.1.3 物联网网关系统

在现今市场中，Tiny6410 嵌入式核心板技术发展较为成熟，并且在信息处理能力方面比较强，此时将其作为核心处理器。在嵌入式主板上也有专门配置linux操作系统，并利用QT 开发出相应的软件，分类串口采集数据。在具体工作过程中主要涉及了转发、控制两方面工作。

1.1.4 增值服务系统

（1）短信通知系统。为了保证短信满足收发功能，便于用户实现对家电的远程监控，最终开发出短线猫短信收发模块。GPRS 技术和相关的产品也在无线通信技术的不断进步下越来越受到人们的重视度。本次选取的短信通知系统通信接口是RS232 串口，在经过AT指令下，选择G1000 作为短信业务模块，从中可以享受到最为优质的网络化短信信息服务。

（2）电器控制系统。用户在得到了电能消耗信息以后，要是想要对运行的状态进行干预，此时就需要采用电器控制系统。在该系统中具有的功能是：提供简单接口，并且介入现有电器网络，可以控制好电器开关动作。

2 软件设计

2.1 物联网网关程序

物联网网管程序在控制流程中包括了多个程序，其中读基站串口程序作用就是向基站节点发送数据时，会通过串口的方式发送给网管，然后再对这些数据进行分析；写基站串口程度就是为了执行用户端的指令，并且利用串口发送到基站节点中，然后再发给无限终端主节点，以便更好的解析获得的数据；TCP 数据上传程序中的作用实际上就是将网关中获得的数据上传到远程服务器中，这样更有利于后期智能分析和处理[2]。TCP 数据上传程序的作用时将从网关中获得的相关数据上传到远程服务器中，这样更有利于下达指令到节点中；读短信猫串口程序就是为了利用短信的方式来获得相关数据；数据处理程序就是为了分析存在的各种逻辑，数据显示程序能够在网关中展示出相应的数据。

2.2 数据处理、存储以及决策平台设计

数据处理、存储以及决策平台可以将无线传感器网络中采集温度、耗电量数据进行接收、存储，并且提供查询、管理命令的接口等。在提供相应的接口以后，如果数据已经超过了正常的范围，此时就需要采取自动的方式断开开关以此实现节电的作用。各种网络通过和终端设备相联，也让人和物之间的信息得到良好交互。结合实时数据显示，能够实现远程干预决策，维护、管理各个方面信息。

此外，数据处理、存储以及决策平台中都可以通过对获得的信息进行处理与分析，并且也需要制定出后台专家系统，将获得的节电策略反馈给用户，让用户养成良好的用电习惯。同时，也可以设置出阈值，对家中的家电进行自动化的控制，通过采取这种方式不仅可以更好的节约用电，还能在发生故障的时候及时做出安全措施，避免出现安全风险。

2.3 数据终端展示设计

采用Web 访问方式，访问SQLServer 数据库，并且将其中的数据进行实时更新，最终有效的展现出相关数据，满足用户自身的需求情况。依托于Silverlight、WCF 技术设计网页主要包括了一下两个方面，一方面采用曲线图的方式能够将各种设备的用电量情况反映出来，还能做到实时更新；一方面，依托于个体、总体用电量的比较情况，对各个用户不同使用状况提出针对性的建议，最终实现节能目的。

3 基于物联网的智能交通关键技术

3.1 智能车辆统计系统概述

在现今交通领域中，急需要解决的一个核心问题就是交通拥堵，因此及时获得道路上的交通状况非常重要。通过获得的车辆的相关数据信息，能够对后期调控、路面信息进行合理的分析，最终缓解交通拥堵的问题。

目前市面上出现了非常多的方法，利用鉴定信号不同类型最终判断出车辆的类型，如磁场、声音以及图像等方式。磁场能够对处于运动过程中的车辆进行及时检测，但是不适合应用到所有车辆中，如果使用这种方法必定会导致路面发生损坏的现象，所以难以实现长期使用；视觉图像处理在车辆识别过程中被广泛应用，但这种方法不适合传感器网络，这是因为有非常多的数据要被处理，并且所需设备价格较为昂贵；采用声音的方式进行识别车辆，可以从即时域、时频域、频域等方面展开分析。

结合以上分析可知，在对车辆进行识别过程中，可以使用无线传感器网络传递声信号进行。地面上的车辆在进行移动过程中会采取不同的方式对环境产生影响。如果车辆相似，那么在相同的条件下就会出现相同的声音。基于此，就可以结合声音的不同做出分类，这样可以让人们研究采取哪一种方式才能获得每一辆车的声音。

本次研究过程中提出了一个较为新颖的、基于KPCA声音信号的采集与特征提取方法，并且也将这种方法和其他技术进行了对比，检测识别率的是支持向量机。

3.2 硬件组成

首先要进行考虑的问题就是：在检测车辆过程中，是否可以使用处理和存储资源有线的无线智能声学传感器。为了能够更好的研究这一问题，因此开发出了嵌入式网关，以这种方式来收集声音。为保证检测到的语音信号更加的准确，所以也有开发出在多角度上的声音感应装置。

声音鉴别系统中，能够分析、处理实时动态音频的一种装置，对周围环境是否存在着需要进行检测的目标进行分析，最终分析的结果发送到后台处理系统中。嵌入式语音感知系统、传统声音感知系统之间存在着很大的差距，其中嵌入式的语音感知系统在处理速度上更快，识别率也较高[3]。

CC2430 单片机是感知器核心处理器，该处理器就是T1 公司所生产的低功耗微控制器。其具有着低功耗、大容量、高性能的优势，因此更可以支持在线调试功能。在该传感系统基站中使用的开发板型号是6440ARM。

本次使用的利用声音来进行车辆统计系统的硬件核心系统具有着功耗低、体积小以及处理能力强的功能，因此可以运行嵌入式的Linux 操作系统。系统中可以收集大量信息，还能进行录音、压缩音频编码。在进行设计过程中也需要满足于特定的需求情况，这是因为单片机底层传感器在通信能力方面有闲，不能采用硬件的方式进行编码，所以最终设计出基于ARM11 基站的声音采集和处理系统。经常使用的音频编码实际上有很多种，为了在考虑到质量、编码率的同时，在本系统中也最终选择了G723.1 编码器。

4 基于核复鉴别的智能交通助手系统设计

4.1 系统设计概述

现今在交通系统中，急需要进行解决的一个核心问题就是交通问题。在经济的快速发展下，有更多的人开始都买机动车，导致道路越来越拥挤，安全方面的问题越来越凸现出来。结合自身经验谨慎开车的同时，在社会不断进不下有很多新兴技术也开始应用到驾驶中，提高人们驾驶的安全性。此外，由于物联网、车联网的快速发展，出现了比较先进的智能交通助手。智能交通助手就是在汽车、卡车以及公共汽车上集成布置传感以及控制系统，为的就是利用集合传感器以及算法的车联网技术，提示司机有潜在风险，提高司机驾驶的安全性。

傅里叶变换应用的非常广泛，属于一种图像处理技术。该技术属于正交变换，能够在时间域中将一个复杂的行动转换成为一种简单的操作。因此，在频率中能够有效的提高图像恢复以及特征的提取。该种时一种模式识别法，并且已经在当前领域中得到快速发展。该种方式在刚刚开始应用的时候也主要是应用到支持向量机中。

本次在研究过程中，利用线性傅里叶变换和该方法的集合，介绍了一种基于傅立叶分析核复判别式算法的新型判别式分析算法，该种方法主要用在提取、识别车辆信息方面：①通过对车辆的原始图像进行傅里叶变换并将其显示为一个复型。②F-kda 和F-LDA 根据线性识别能力的差异来选择不同的频段，F-kda 根据非线性识别能力的差异来选择核频段。③一个新的样本集由所选的波段组成，使用KDA 算法提取特征，并使用最近邻分类器对它们进行分类。最后，就能够对不同的车辆进行距离检测。此时，专门建立起高效智能交通助手，以保证司机在驾驶过程中的安全性。

4.2 硬件组成

图像采集和处理系统主要是采集、处理、识别图像，在整个系统中它的硬件平台是基础，后续系统的运行也会受到硬件稳定性以及实用性的影响。基于此，可以采用目前发展较为成熟的嵌入式系统技术，同时在考虑价格以及性能的基础上，可以将2440 开发板作为是基础的开发平台。

其中在开发平台中，核心处理器是三星S3C2440，最高运行速度是533M，内存有128M，能够存储1GB 内容。此外，由于其包括了核心板、扩展板，因此具有着良好的扩展性。在该平台中也能够直接配置数字化的摄像头，液晶屏分辨率方面也能够达到800×600。支持各种类型的操作系统，其中包括了WINCE、LINUX 等。核心硬件平台所发挥出的作用是采集图像以及显示图像，通过将图像上传于远程电脑中，从外部键盘上进行发送以及接收具体的命令。在外围设备中也涉及了USB 相机。

系统工作内容是由嵌入式处理器向CPU 发送指令，CPU 接收命令，控制外部摄像头捕捉图像，并将图像保存到SDRAM 中。图像以帧缓冲存储器的形式从SDRAM 中分离出来。从液晶显示器上，可以看到图像直接在帧缓冲中。当存储在内存SDRAM 中的图像数据达到最大值时，将通过网络将图像数据上传到远程主机。通过图像处理、匹配和距离计算，驾驶者可以得到前方是否有车辆，车辆类型以及相应的距离。

完成图像采集工作以后，为了保证后续在提取图像特征以及具体识别中的效率，此时就会对图像实行预处理的方式。一方面，灰度图像在数据量方面还比较小，因此在处理速度方面也较高，一方面，灰度图像还能表现出最为重要的信息，因此能够对图像实行灰度变换。采集系统中，由于S3C2440 在工作能力方面有限，因此它总会管理灰度图像，所以相机拍到的彩色图像也需要转换成为灰度图像。

5 结语

综上所述，物联网的出现有效解决或缓解了社会能源严重浪费以及交通拥堵的万难题，因此对基于物联网的智能系统建立也奠定了良好的基础。本次提出的智能节能系统以及基于声音识别和核主成分分析法、核复鉴别的智能交通助手系统在运行过程中还需要不断进行完善。