物聯(lián)網(wǎng)智能冰箱中通信傳輸技術(shù)的設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（2010屆）</b></p><p>　　物聯(lián)網(wǎng)智能冰箱中通信傳輸技術(shù)的設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 通信工程

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b>&

3、lt;/p><p>　　隨著信息時(shí)代的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)這一項(xiàng)新型技術(shù)的出現(xiàn)已經(jīng)引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界，工業(yè)界，新聞媒體界的高度重視。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，不僅體現(xiàn)了信息傳感設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)的完美結(jié)合，也改變著人們的生活方式和生活習(xí)慣。這也使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的又一個(gè)增長(zhǎng)點(diǎn)。同時(shí)，也為一些大型企業(yè)提供了一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)方向。為有效地整合各企業(yè)的服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)是基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的一種網(wǎng)絡(luò)，但是又區(qū)別于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)。為了達(dá)成物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)，提出了

4、基于服務(wù)框架(SOA)的物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)應(yīng)用框架，并對(duì)物品識(shí)別技術(shù)進(jìn)行研究。</p><p>　　本文提出了幾種濾波器對(duì)智能冰箱的信號(hào)進(jìn)行各種處理。其中主要用到的軟件系統(tǒng)是MATLAB。MATLAB對(duì)信號(hào)的處理主要包括低通濾波，高通濾波和噪聲過(guò)濾。它將所收到的信號(hào)進(jìn)行處理后產(chǎn)生一個(gè)干凈的，符合頻率條件的信號(hào)。</p><p>　　關(guān)鍵字：物聯(lián)網(wǎng)；無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)；服務(wù)框架(SOA)；物品識(shí)別；濾波器

5、</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the information age, things that the emergence of a new technology has attracted domestic and foreign academia, industry, media industry's

6、 attention. The appearance of things, not only reflects the information sensing equipment and the perfect combination of networking, but also changing people's lifestyles and living habits.This also makes things tech

7、nology has become a socio-economic development and growth.At the same time, but also for some large enterprises with a competitive direction.</p><p>　　In this paper, the smart refrigerator several filters fo

8、r various signal processing. The main software used is MATLAB. MATLAB for signal processing includes low-pass filtering, high pass filtering and noise filtering. It received signals are processed to generate a clean, con

9、sistent signal frequencies.</p><p>　　Keywords：Internet of Things; wireless sensor networks; Service-Oriented Architecture (SOA); item identification; Filter</p><p><b>　　目 錄</b></

10、p><p><b>　　1 引言4</b></p><p><b>　　2 總體介紹5</b></p><p>　　3 基于SOA的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)框架6</p><p>　　4 感知設(shè)備介紹8</p><p>　　4.1 信號(hào)傳感系統(tǒng)8</p><p

11、>　　4.1.1 溫度傳感與控制電路8</p><p>　　4.1.2 濕度傳感電路11</p><p>　　4.2 RFID射頻識(shí)別技術(shù)12</p><p>　　4.2.1 RFID的組成13</p><p>　　4.2.2 RFID的工作原理15</p><p>　　4.2.3 RFID庫(kù)存管理1

12、7</p><p>　　5 智能冰箱濾波的設(shè)計(jì)18</p><p>　　5.1 總體設(shè)計(jì)流程圖18</p><p>　　5.2 信號(hào)濾波的仿真設(shè)計(jì)18</p><p>　　5.2.1 IIR數(shù)字濾波器19</p><p>　　5.2.2 FIR數(shù)字濾波器21</p><p>　　5.3

13、 智能冰箱中的信號(hào)過(guò)濾24</p><p>　　5.3.1 對(duì)噪聲的處理25</p><p><b>　　6 結(jié)論27</b></p><p>　　致 謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p>　　附錄1 FILTE

14、R函數(shù)的應(yīng)用29</p><p>　　附錄2 用窗函數(shù)設(shè)計(jì)FIR低通濾波器30</p><p>　　附錄3 用MATLAB函數(shù)設(shè)計(jì)低通濾波器31</p><p>　　附錄4 智能冰箱設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易流程32</p><p>　　附錄5 用自適應(yīng)濾波器處理噪聲33</p><p><b>　　1 引

15、言</b></p><p>　　隨著信息時(shí)代的發(fā)展，基于信息技術(shù)的應(yīng)用也不斷增加并伴隨著各種新型的信息技術(shù)的研發(fā)，人們對(duì)信息服務(wù)的要求也越來(lái)越高，為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，一種新的信息技術(shù)變產(chǎn)生了。這項(xiàng)基于物品與物品間相連的互聯(lián)網(wǎng)，被稱為物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)不僅方便了用戶對(duì)各種物品的管理，也讓有更多的公司嘗試使用這項(xiàng)新技術(shù)來(lái)研發(fā)新的產(chǎn)品[1]。使物聯(lián)網(wǎng)對(duì)該領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生了重要的作用。</p>

16、;<p>　　物聯(lián)網(wǎng)基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的一種網(wǎng)絡(luò)，但又區(qū)別于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過(guò)射頻識(shí)別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[2]。</p><p>　　物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)的革命性發(fā)展。目前物聯(lián)網(wǎng)被正式列為

17、國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一[3]。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)具有產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、涉及多個(gè)產(chǎn)業(yè)群的特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍幾乎覆蓋了各行各業(yè)。</p><p>　　在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中，有各種各樣的獲得信號(hào)，這些信號(hào)因產(chǎn)生的條件不同，在幅頻和相頻上有著各自的特點(diǎn)。因此在對(duì)這些信號(hào)處理時(shí)必須首先將這些信號(hào)進(jìn)行濾波，才能對(duì)所相應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行處理。</p><p>　　本文主要通過(guò)設(shè)計(jì)兩種濾波器，對(duì)可能產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行濾波，并對(duì)

18、這些信號(hào)進(jìn)行去噪處理，已獲得到理想的信號(hào)，進(jìn)行在庫(kù)存方面的智能化管理。</p><p><b>　　2 總體介紹</b></p><p>　　物聯(lián)網(wǎng)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，包括二氧化碳濃度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、二維碼標(biāo)簽、RFID 標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、GPS等感知終端，它是物聯(lián)網(wǎng)獲識(shí)別物體，采集信息的來(lái)源，

19、其主要功能是識(shí)別物體，采集信息。網(wǎng)絡(luò)層由各種私有網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無(wú)線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計(jì)算平臺(tái)等組成，負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶(包括人、組織和其他系統(tǒng))的接口，它與行業(yè)需求結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。</p><p>　　在基于物聯(lián)網(wǎng)的智能冰箱中，主要也可以分為感知層，網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三層。其感知層可以由各種感知終端構(gòu)成，在經(jīng)過(guò)各種感知終端對(duì)冰箱內(nèi)相應(yīng)條件的檢測(cè)總而產(chǎn)生一個(gè)可供

20、處理的信號(hào)，并將這個(gè)信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)終端，從而對(duì)這個(gè)信號(hào)用MatlaB進(jìn)行處理，產(chǎn)生一個(gè)可供其它系統(tǒng)接口識(shí)別的信號(hào)，并通過(guò)應(yīng)用層將這個(gè)信號(hào)處理為可供用戶識(shí)別的信號(hào)。</p><p>　　在智能冰箱的設(shè)計(jì)上，可讓用戶通過(guò)智能手機(jī)或平板電腦，知道冰箱里有什么食物、擺放在哪里和什么時(shí)候過(guò)期。智能冰箱還可根據(jù)冰箱里的食物，為用戶建議健康食譜。這里主要做的是通過(guò)RFID射頻識(shí)別，對(duì)產(chǎn)生的信號(hào)做的處理及應(yīng)用。</

21、p><p>　　3 基于SOA的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)框架</p><p>　　實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中通常包含不同硬件和軟件類型，數(shù)據(jù)格式和通信協(xié)議通常也存在多種標(biāo)準(zhǔn)兼容性的問(wèn)題，物聯(lián)網(wǎng)為這些基礎(chǔ)設(shè)備提供了信息標(biāo)識(shí)，這些帶有 RFID 的嵌入式設(shè)備可以作為生產(chǎn)者同時(shí)也可以作為消費(fèi)者出現(xiàn)。但對(duì)于服務(wù)的整合、兼容各類數(shù)據(jù)和協(xié)議還需要借助面向服務(wù)架構(gòu)[4]。</p><p>　　面向服務(wù)

22、架構(gòu)(SOA)的核心是實(shí)現(xiàn)服務(wù)和技術(shù)的完全分離，從而達(dá)到服務(wù)的可重用性。擁有服務(wù)后，用戶可以通過(guò)編配這些服務(wù)給企業(yè)或個(gè)人的業(yè)務(wù)流程帶來(lái)更持久的生命力。</p><p>　　SOA是一種架構(gòu)模型，它可以根據(jù)需求通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)松散耦合的粗粒度應(yīng)用組件進(jìn)行分布式部署、組合和使用。服務(wù)是SOA的基礎(chǔ)，可以直接被應(yīng)用調(diào)用，從而有效控制系統(tǒng)中與軟件代理交互的人為依賴性[5]。</p><p>　　圖3-1

23、為基于物聯(lián)網(wǎng)的SOA基礎(chǔ)框架：</p><p>　　圖3-1 基于物聯(lián)網(wǎng)的SOA基礎(chǔ)框架</p><p>　　圖中，通過(guò)與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，將原有的SOA架構(gòu)細(xì)分為了6層體系[6]。</p><p>　　1 設(shè)備層：即信號(hào)生產(chǎn)者，這一層主要利用了RFID設(shè)備。具有RFID功能的設(shè)備或者產(chǎn)品的數(shù)據(jù)信息將在企業(yè)設(shè)定的周期內(nèi)被全程監(jiān)視。</p><p&g

24、t;　　2 數(shù)據(jù)處理平臺(tái)：這是SOA的第一層，這一層負(fù)責(zé)將收到污染的信息進(jìn)行過(guò)濾和清除，以保證數(shù)據(jù)的完好和安全。并對(duì)異構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性和標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行處理。為數(shù)據(jù)的統(tǒng)一利用提供可能。</p><p>　　3 安全平臺(tái)：安全平臺(tái)是服務(wù)層和數(shù)據(jù)處理平臺(tái)之間的安全屏障，以保證設(shè)備和數(shù)據(jù)的安全。</p><p>　　4 服務(wù)層主要是提供設(shè)備管理、服務(wù)代理、通信代理和通用接口，數(shù)據(jù)通用接口負(fù)責(zé)解析各層

25、的數(shù)據(jù)調(diào)用指令，屏蔽不同的數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)格式，同時(shí)有利用于各種數(shù)據(jù)庫(kù)的分布式部署。應(yīng)用通用接口可以與上層消費(fèi)者聯(lián)系，其主要目的是對(duì)不同類型的用戶使用的通信協(xié)議進(jìn)行解析，實(shí)現(xiàn)各種通信協(xié)議的兼容[7]。</p><p>　　5 安全平臺(tái)：在SOA框架中，共有2個(gè)安全平臺(tái)。由于安全管理是企業(yè)正常運(yùn)用的保障，特別是數(shù)據(jù)安全、用戶身份和訪問(wèn)控制的管理。因此，無(wú)論是用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)還是用戶的服務(wù)訪問(wèn)都必須有一個(gè)安全的保障。<

26、;/p><p>　　6 終端用戶：終端用戶可以分為兩類，一類是WEB用戶，另一類是嵌入式設(shè)備。前者或得信息的方式是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)的直接顯示，進(jìn)行人為的對(duì)物體控制。后者則通過(guò)信號(hào)，使得嵌入式設(shè)備能夠得到命令類信號(hào)而進(jìn)行相應(yīng)的行為。</p><p><b>　　4 感知設(shè)備介紹</b></p><p>　　在物聯(lián)網(wǎng)冰箱的設(shè)計(jì)中，主要用到硬件系統(tǒng)的為感知層和

27、應(yīng)用層，其涉及到的主要系統(tǒng)為信號(hào)傳感系統(tǒng)和信號(hào)傳輸系統(tǒng)。</p><p>　　4.1 信號(hào)傳感系統(tǒng)</p><p>　　本系統(tǒng)主要是通過(guò)各種各樣的傳感器對(duì)外界的檢測(cè)，而在物聯(lián)網(wǎng)冰箱中主要用到的是溫度傳感器，濕度傳感器等。由于現(xiàn)在在市場(chǎng)上的冰箱品種有很多，本文提到的冰箱都是由電動(dòng)機(jī)提供機(jī)械能，通過(guò)壓縮機(jī)利用低沸點(diǎn)的致冷劑，在蒸發(fā)時(shí)吸收汽化熱的壓縮式冰箱。</p><p&g

28、t;　　由于上述的傳感系統(tǒng)是短距離的無(wú)線低功率通信技術(shù)，可以統(tǒng)一歸為無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)有自組織、微型化和對(duì)外部世界有感知能力三大特點(diǎn)，這些特點(diǎn)決定了傳感器網(wǎng)絡(luò)在商業(yè)領(lǐng)域應(yīng)該也會(huì)有不少的機(jī)會(huì)。比如，嵌入家具和家電中的傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與Internet連接在一起將會(huì)為我們提供更加舒適 方便和具有人性化的智能家居環(huán)境[8]。</p><p>　　4.1.1 溫度傳感與控制電路</p>

29、<p>　　這里主要介紹到的溫度傳感與控制電路，由兩部分構(gòu)成。一個(gè)是帶有溫度傳感器的μPC616傳感電路，另一個(gè)則是比較常用的基于熱敏電阻的溫度控制電路。并由上述兩個(gè)電路組個(gè)成為一個(gè)溫度傳感與控制的電路。</p><p>　　1 μPC616傳感電路</p><p>　　圖4-1是較為常用的溫度檢測(cè)電路，它的主要作用是對(duì)冰箱中的溫度進(jìn)行檢測(cè)，并加以控制。其中μPC616是電壓輸

30、出型PN結(jié)集成溫度傳感器。PN結(jié)集成溫度傳感器是利用晶體管在不同的溫度下有不同的電流密度差來(lái)工作的。它的輸出形式可分為電壓型和電流型兩種，其中電壓型的靈敏度一般為10mV/℃，電流型的靈敏度為1μA/℃。它還具有絕對(duì)零度時(shí)輸出電量為零的特性，利用這一特性，可以很容易地測(cè)量絕對(duì)溫度值。PN結(jié)集成溫度傳感器具有良好的輸出線性，輸出阻抗低，易與控制電路接口，可用于溫度的測(cè)量和控制，也可用于熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償和空氣流速檢測(cè)等方面。</p

31、><p>　　圖4-1 溫度檢測(cè)電路</p><p>　　μPC616A的測(cè)量范圍是-40～+125℃，而μPC616C測(cè)量范圍是-25～+85℃。μPC616A是利用一對(duì)非常匹配的晶體管，使它們工作在不同的電流密度下，利用晶體管VBE之差ΔVBE與溫度(T)的線性關(guān)系來(lái)測(cè)溫。在圖1中，發(fā)射極和基極電壓之差ΔVBE可表示為：</p><p>　　?VBE=KT/q l

32、n(I1/I2·r)</p><p>　　式中：K為波爾茲曼常數(shù)是有關(guān)于溫度及能量的一個(gè)物理常數(shù)，等于1.3806505×10^-23 J/K，I1、I2為晶體管G1和G2的集電極電流，q為電子電荷，r為G1和G2發(fā)射極面積比，是一個(gè)常數(shù)。</p><p>　　μPC616電路可分為溫度傳感器部分、穩(wěn)壓部分和運(yùn)算放大器部分。</p><p>　　

33、溫度傳感器除可用于測(cè)量溫度外，還可用于溫度控制。如圖3-1所示，傳感器的2腳作溫度設(shè)定值的輸入端，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器Rw，使它的電阻值定在與某一溫度相對(duì)應(yīng)的電壓值上。當(dāng)外界溫度超過(guò)或低于此溫度時(shí)，1腳會(huì)輸出高電平或低電平，完成對(duì)溫度的判斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制或進(jìn)行報(bào)警。</p><p>　　穩(wěn)壓部分中具有溫度補(bǔ)償電路，因而使輸出電壓十分穩(wěn)定，整個(gè)電路性能具有穩(wěn)定、可靠和重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)，這部分電路等效成一個(gè)擊穿電壓為

34、6.85V的齊納二極管。</p><p>　　運(yùn)算放大器在電路中具有兩個(gè)功能，其一是當(dāng)μPC616用于測(cè)溫時(shí)，運(yùn)算放大器的反相輸入端與輸出端連接而成為電壓跟隨器，輸出信號(hào)與所測(cè)絕對(duì)溫度(K)相對(duì)應(yīng)，輸出電壓與溫度的對(duì)應(yīng)值為100K/V;第二個(gè)功能是反相輸入端單獨(dú)使用，作為溫度控制時(shí)設(shè)定值的輸入端。</p><p><b>　　2溫度控制電路</b></p>

35、<p>　　圖4-2是冰箱中較為常見(jiàn)的溫度控制電路。該電冰箱溫度控制器電路由電源電路和溫度檢測(cè)控制電路組成。具有電路簡(jiǎn)單、使用安全可靠、控溫精度高和負(fù)載功率大等特點(diǎn)。</p><p>　　圖4-2 溫度控制電路</p><p>　　溫度檢測(cè)控電路由熱敏電阻器RT、電位器RP、電子開(kāi)關(guān)集成IC、電阻器R1、R2、二極管VDl、電位器K和工作指示發(fā)光二極管VL組成。電源電路由電

36、源變壓器T、整流二極管VL組成?！?交流220V電源變壓器T降壓、VD2-VD5整流C濾波后，為繼電器K和集成電路IC提供工作電壓。隨后溫度開(kāi)始下降，RT的阻值又逐漸增大，IC的2腳電壓也開(kāi)始降低，當(dāng)溫度低于受控溫度時(shí)，IC又導(dǎo)通，K吸合，EH又開(kāi)始加熱。如此循環(huán)不止，將溫度控制在設(shè)定的溫度值上。在K吸合、EH通電加熱時(shí)，VL點(diǎn)亮;當(dāng)K釋放、EH斷電時(shí)，VL熄滅。調(diào)整RP的阻值，可設(shè)定受控溫度值。</p><p&

37、gt;　　IC，即集成電路是采用半導(dǎo)體制作工藝，在一塊較小的單晶硅片上制作上許多晶體管及電阻器、電容器等元器件，并按照多層布線或遂道布線的方法將元器件組合成完整的電子電路。它在電路中用字母“IC”表示。</p><p>　　這里用到的電子開(kāi)關(guān)集成IC可以用LA7061。LA7016內(nèi)電路方框圖及引腳功能 LA7016集成塊的引腳排列圖如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-3 LA7

38、016集成塊的引腳排列圖</p><p>　　該IC采用8腳單列直插式封裝。其集成電路的引腳功能如下。1腳為工作電源電壓輸入端。2腳為第一路音頻信號(hào)輸入端。3腳為電子開(kāi)關(guān)電路控制信號(hào)輸入端。4腳為切換后的第一路或第二路音頻信號(hào)輸出 5腳為接地線端。6腳為空腳。7腳為第二路音頻信號(hào)輸入端。8腳為空腳。</p><p>　　故障檢修：LA7016集成電路內(nèi)電子開(kāi)關(guān)是選擇第一路音頻信號(hào)還是第二路

39、音頻信號(hào)，主要是其3腳上的控制電平是高電平還是低電平來(lái)確定。若給LA7016的1腳與5腳間接上12V電壓，當(dāng)3腳加上高電平時(shí)，此時(shí)2腳電壓為4.1 V，7腳電壓為5.8 V，4腳電平不變；當(dāng)給3腳加上低電平時(shí)，2腳電壓為4.2 V，7腳電壓為6 V，4腳電壓不變。在實(shí)際電路中，如3腳控制電壓不變，則為控制系統(tǒng)故障。如有變化而信號(hào)不能切換，且2、7腳輸入信號(hào)又正常，則為IC本身?yè)p壞。</p><p>　　4.1.2

40、 濕度傳感電路</p><p>　　為了使冰箱擁有良好的保鮮性，有的冰箱也會(huì)對(duì)內(nèi)部的濕度進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)濕度傳感器產(chǎn)生的信號(hào)做出相應(yīng)的處理。但是由于濕度傳感器的精度越高成本也就越大，在工作時(shí)并非密封，所受到外部的影響很大，壽命也只有1到2年。有的濕度傳感器對(duì)供電電源要求比較高，否則將影響測(cè)量精度 或者傳感器之間相互干擾，甚至無(wú)法工作。所以在一般的冰箱中不怎么會(huì)用到，這里只做介紹。</p><

41、p>　　圖4-4是相對(duì)濕度測(cè)量電路，電源電壓范圍是UCC=+3.5～+12V。利用一片CMOS定時(shí)器TLC555，配上HS1100／1101和電阻R2、R4構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，將相對(duì)濕度轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)。輸出頻率范圍是7351～6033Hz，所對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度為0～100％。當(dāng)RH=55％時(shí)，f=6660Hz。輸出頻率信號(hào)可送至數(shù)字頻率計(jì)或單片機(jī)系統(tǒng)，測(cè)量并顯示出相對(duì)濕度值。R3為輸出端的限流電阻，起保護(hù)作用。</p>&l

42、t;p>　　圖4-4 線性頻率輸出式相對(duì)濕度測(cè)量電路</p><p>　　4.2 RFID射頻識(shí)別技術(shù)</p><p>　　RFID(Radio Frequency Identification的)，即射頻識(shí)別，俗稱電子標(biāo)簽。</p><p>　　RFID主要包括產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)兩方面，其中RFID產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)主要包括：</p>

43、<p>　　標(biāo)簽芯片設(shè)計(jì)與制造：例如低成本、低功耗的RFID芯片設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，適合標(biāo)簽芯片實(shí)現(xiàn)的新型存儲(chǔ)技術(shù)，防沖突算法及電路實(shí)現(xiàn)技術(shù)，芯片安全技術(shù)，以及標(biāo)簽芯片與傳感器的集成技術(shù)等。</p><p>　　天線設(shè)計(jì)與制造：例如標(biāo)簽天線匹配技術(shù)，針對(duì)不同應(yīng)用對(duì)象的RFID標(biāo)簽天線結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，多標(biāo)簽天線優(yōu)化分布技術(shù)，片上天線技術(shù)，讀寫器智能波束掃描天線陣技術(shù)，以及RFID標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)仿真軟件等。<

44、/p><p>　　RFID射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。</p><p>　　RFID也是一種簡(jiǎn)單的無(wú)線系統(tǒng)，只有兩個(gè)基本器件，該系統(tǒng)用于控制、檢測(cè)和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個(gè)詢問(wèn)器(或閱讀器)和很多應(yīng)答器(或標(biāo)簽)組成。</p&g

45、t;<p>　　RFID技術(shù)利用無(wú)線射頻方式在閱讀器和射頻卡之間進(jìn)行非接觸雙向傳輸數(shù)據(jù)，已達(dá)到目標(biāo)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換的目的。最基本的RF系統(tǒng)由三部分組成：</p><p>　　1 標(biāo)簽(Tag，即射頻卡)：由耦合元件及芯片組成，標(biāo)簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線間進(jìn)行通信。</p><p>　　2 閱讀器：讀取(在讀寫卡中還可以寫入)標(biāo)簽信息的設(shè)備。</p>&l

46、t;p>　　3 天線：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。</p><p>　　有的系統(tǒng)還通過(guò)閱讀器的RS232或者RS485接口與外部計(jì)算機(jī)(上位機(jī)主系統(tǒng))連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。</p><p>　　4.2.1 RFID的組成</p><p>　　RFID標(biāo)簽俗稱電子標(biāo)簽，也稱應(yīng)答器(tag， transponder， responder)，根據(jù)工作方式可分為主動(dòng)

47、式(有源)和被動(dòng)式(無(wú)源)兩大類，本文主要研究被動(dòng)式RFID標(biāo)簽及系統(tǒng)。被動(dòng)式RFID標(biāo)簽由標(biāo)簽芯片和標(biāo)簽天線或線圈組成，利用電感耦合或電磁反向散射耦合原理實(shí)現(xiàn)與讀寫器之間的通訊。RFID標(biāo)簽中存儲(chǔ)一個(gè)唯一編碼，通常為64bits、96bits甚至更高，其地址空間大大高于條碼所能提供的空間，因此可以實(shí)現(xiàn)單品級(jí)的物品編碼。當(dāng)RFID標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器的作用區(qū)域，就可以根據(jù)電感耦合原理(近場(chǎng)作用范圍內(nèi))或電磁反向散射耦合原理(遠(yuǎn)場(chǎng)作用范圍內(nèi))在

48、標(biāo)簽天線兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)差，并在標(biāo)簽芯片通路中形成微弱電流，如果這個(gè)電流強(qiáng)度超過(guò)一個(gè)閾值，就將激活RFID標(biāo)簽芯片電路工作，從而對(duì)標(biāo)簽芯片中的存儲(chǔ)器進(jìn)行讀/寫操作，微控制器還可以進(jìn)一步加入諸如密碼或防碰撞算法等復(fù)雜功能。RFID標(biāo)簽芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括射頻前端、模擬前端、數(shù)字基帶處理單元和EEPROM存儲(chǔ)單元四部分[9]。</p><p>　　1 讀寫器也稱閱讀器、詢問(wèn)器(reader，Interrogato

49、r)，是對(duì)RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀/寫操作的設(shè)備，主要包括射頻模塊和數(shù)字信號(hào)處理單元兩部分。讀寫器是RFID系統(tǒng)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，一方面，RFID標(biāo)簽返回的微弱電磁信號(hào)通過(guò)天線進(jìn)入讀寫器的射頻模塊中轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)讀寫器的數(shù)字信號(hào)處理單元對(duì)其進(jìn)行必要的加工整形，最后從中解調(diào)出返回的信息，完成對(duì)RFID標(biāo)簽的識(shí)別或讀/寫操作；另一方面，上層中間件及應(yīng)用軟件與讀寫器進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)操作指令的執(zhí)行和數(shù)據(jù)匯總上傳。在上傳數(shù)據(jù)時(shí)，讀寫器會(huì)對(duì)RFI

50、D標(biāo)簽原子事件進(jìn)行去重過(guò)濾或簡(jiǎn)單的條件過(guò)濾，將其加工為讀寫器事件后再上傳，以減少與中間件及應(yīng)用軟件之間數(shù)據(jù)交換的流量，因此在很多讀寫器中還集成了微處理器和嵌入式系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一部分中間件的功能，如信號(hào)狀態(tài)控制、奇偶位錯(cuò)誤校驗(yàn)與修正等。未來(lái)的讀寫器呈現(xiàn)出智能化、小型化和集成化趨勢(shì)，還將具備更加強(qiáng)大的前端控制功能，例如直接與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的其它設(shè)備進(jìn)行交互甚至是作為控制器進(jìn)行在線調(diào)度。在物聯(lián)網(wǎng)中，讀寫器將成為同時(shí)具有通訊、控制和計(jì)算(communic

51、ation， control，computing)功</p><p>　　2 天線(antenna)是RFID標(biāo)簽和讀寫器之間實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)空間傳播和建立無(wú)線通訊連接的設(shè)備。RFID系統(tǒng)中包括兩類天線，一類是RFID標(biāo)簽上的天線，由于它已經(jīng)和RFID標(biāo)簽集成為一體，因此不再單獨(dú)討論，另一類是讀寫器天線，既可以內(nèi)置于讀寫器中，也可以通過(guò)同軸電纜與讀寫器的射頻輸出端口相連。目前的天線產(chǎn)品多采用收發(fā)分離技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)射和

52、接收功能的集成。天線在RFID系統(tǒng)中的重要性往往被人們所忽視，在實(shí)際應(yīng)用中，天線設(shè)計(jì)參數(shù)是影響RFID系統(tǒng)識(shí)別范圍的主要因素。高性能的天線不僅要求具有良好的阻抗匹配特性，還需要根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的特點(diǎn)對(duì)方向特性、極化特性和頻率特性等進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。</p><p>　　3 中間件(middleware)是一種面向消息的、可以接受應(yīng)用軟件端發(fā)出的請(qǐng)求、對(duì)指定的一個(gè)或者多個(gè)讀寫器發(fā)起操作并接收、處理后向應(yīng)用軟件返回結(jié)果數(shù)據(jù)

53、的特殊化軟件。中間件在RFID應(yīng)用中除了可以屏蔽底層硬件帶來(lái)的多種業(yè)務(wù)場(chǎng)景、硬件接口、適用標(biāo)準(zhǔn)造成的可靠性和穩(wěn)定性問(wèn)題，還可以為上層應(yīng)用軟件提供多層、分布式、異構(gòu)的信息環(huán)境下業(yè)務(wù)信息和管理信息的協(xié)同。中間件的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)還可以根據(jù)一個(gè)或多個(gè)讀寫器的讀寫器事件進(jìn)行過(guò)濾、聚合和計(jì)算，抽象出對(duì)應(yīng)用軟件有意義的業(yè)務(wù)邏輯信息構(gòu)成業(yè)務(wù)事件，以滿足來(lái)自多個(gè)客戶端的檢索、發(fā)布/訂閱和控制請(qǐng)求。</p><p>　　4 應(yīng)用軟件(

54、application software)是直接面向RFID應(yīng)用最終用戶的人機(jī)交互界面，協(xié)助使用者完成對(duì)讀寫器的指令操作以及對(duì)中間件的邏輯設(shè)置，逐級(jí)將RFID原子事件轉(zhuǎn)化為使用者可以理解的業(yè)務(wù)事件，并使用可視化界面進(jìn)行展示。由于應(yīng)用軟件需要根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域的不同企業(yè)進(jìn)行專門制定，因此很難具有通用性。從應(yīng)用評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，使用者在應(yīng)用軟件端的用戶體驗(yàn)是判斷一個(gè)RFID應(yīng)用案例成功與否的決定性因素之一。</p><p>

55、;　　4.2.2 RFID的工作原理</p><p>　　圖4-5是RFID的工作原理圖。</p><p>　　圖4-5 RFID的工作原理圖</p><p>　　RFID技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜：標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息(Passive Tag，無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽)，或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信

56、號(hào)(Active Tag，有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽)；解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理[7]。關(guān)于無(wú)源標(biāo)簽與有源標(biāo)簽：</p><p>　　有源電子標(biāo)簽又稱主動(dòng)標(biāo)簽，標(biāo)簽的工作電源完全由內(nèi)部電池供給，同時(shí)標(biāo)簽電池的能量供應(yīng)也部分地轉(zhuǎn)換為電子標(biāo)簽與閱讀器通訊所需的射頻能量。</p><p>　　半無(wú)源射頻標(biāo)簽內(nèi)的電池供電僅對(duì)標(biāo)簽內(nèi)要求供電維持?jǐn)?shù)據(jù)的電路或者標(biāo)簽芯片工作所需電

57、壓的輔助支持，本身耗電很少的標(biāo)簽電路供電。標(biāo)簽未進(jìn)入工作狀態(tài)前，一直處于休眠狀態(tài)，相當(dāng)于無(wú)源標(biāo)簽，標(biāo)簽內(nèi)部電池能量消耗很少，因而電池可維持幾年，甚至長(zhǎng)達(dá)10年有效；當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器的讀出區(qū)域時(shí)，受到閱讀器發(fā)出的射頻信號(hào)激勵(lì)，進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)，標(biāo)簽與閱讀器之間信息交換的能量支持以閱讀器供應(yīng)的射頻能量為主(反射調(diào)制方式)，標(biāo)簽內(nèi)部電池的作用主要在于彌補(bǔ)標(biāo)簽所處位置的射頻場(chǎng)強(qiáng)不足，標(biāo)簽內(nèi)部電池的能量并不轉(zhuǎn)換為射頻能量。</p>&

58、lt;p>　　無(wú)源電子標(biāo)簽(被動(dòng)標(biāo)簽)沒(méi)有內(nèi)裝電池，在閱讀器的讀出范圍之外時(shí)，電子標(biāo)簽處于無(wú)源狀態(tài)，在閱讀器的讀出范圍之內(nèi)時(shí)，電子標(biāo)簽從閱讀器發(fā)出的射頻能量中提取其工作所需的電源。無(wú)源電子標(biāo)簽一般均采用反射調(diào)制方式完成電子標(biāo)簽信息向閱讀器的傳送。特點(diǎn)：</p><p>　　1.主動(dòng)標(biāo)簽自身帶有電池供電，讀/寫距離較遠(yuǎn)(約在100米~1500米)，體積較大，與被動(dòng)標(biāo)簽相比成本更高，也稱為有源標(biāo)簽， 一般具有較

59、遠(yuǎn)的閱讀距離，能量耗盡后需更換電池。例如：CY-RMZ-206、CY-RMZ-208、CY-RMZ-210。 　　</p><p>　　2. 無(wú)源電子標(biāo)簽在接收到閱讀器發(fā)出的微波信號(hào)后，將部分微波能量轉(zhuǎn)化為直流電供自己工作，一般可做到免維護(hù)，成本很低并具有很長(zhǎng)的使用壽命，比主動(dòng)標(biāo)簽更小也更輕，讀寫距離則較近(約在1mm~30mm)，也稱為無(wú)源標(biāo)簽。</p><p>　　相比有源系統(tǒng)，無(wú)源系

60、統(tǒng)在閱讀距離及適應(yīng)物體運(yùn)動(dòng)速度方面略有限制。</p><p>　　一套完整的RFID系統(tǒng)， 是由閱讀器(Reader)與電子標(biāo)簽(TAG)也就是所謂的應(yīng)答器(Transponder)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個(gè)部份所組成， 其工作原理是Reader 發(fā)射一特定頻率的無(wú)線電波能量給Transponder， 用以驅(qū)動(dòng) Transponder電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時(shí) Reader 便依序接收解讀數(shù)據(jù)， 送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理

61、。</p><p>　　以RFID 卡片閱讀器及電子標(biāo)簽之間的通訊及能量感應(yīng)方式來(lái)看大致上可以分成， 感應(yīng)偶合(Inductive Coupling) 及反向散射偶合(Backscatter Coupling)兩種， 一般低頻的RFID大都采用第一種式， 而較高頻大多采用第二種方式。 　　</p><p>　　閱讀器根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同可以是讀或讀/寫裝置，是RFID系統(tǒng)信息控制和處理

62、中心。閱讀器通常由耦合模塊、收發(fā)模塊、控制模塊和接口單元組成。</p><p>　　閱讀器和應(yīng)答器之間一般采用半雙工通信方式進(jìn)行信息交換，同時(shí)閱讀器通過(guò)耦合給無(wú)源應(yīng)答器提供能量和時(shí)序。 在實(shí)際應(yīng)用中，可進(jìn)一步通過(guò)Ethernet或WLAN等實(shí)現(xiàn)對(duì)物體識(shí)別信息的采集、處理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能。應(yīng)答器是RFID系統(tǒng)的信息載體，目前應(yīng)答器大多是由耦合原件(線圈、微帶天線等)和微芯片組成無(wú)源單元。</p>

63、<p>　　4.2.3 RFID庫(kù)存管理</p><p>　　為了方便用戶對(duì)冰箱內(nèi)物品數(shù)量的掌握，即對(duì)冰箱內(nèi)的庫(kù)存進(jìn)行管理，必須用到RFID的射頻識(shí)別技術(shù)。</p><p>　　RFID技術(shù)在庫(kù)存管理方面的應(yīng)用主要是結(jié)合庫(kù)存信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化貨位管理和存取操作。RFID 技術(shù)在存儲(chǔ)環(huán)節(jié)的應(yīng)用還使得庫(kù)存盤點(diǎn)時(shí)的工作量(不需要人工的檢查或掃描條碼)和不必要損耗大大減少，為管理者在庫(kù)存

64、控制方面提供了更大的自由度。零售環(huán)節(jié)貨架上的閱讀器可以定時(shí)向后臺(tái)系統(tǒng)傳送信息，提醒零售商及時(shí)補(bǔ)貨，還能夠監(jiān)控易過(guò)期商品的有效期限[10]。</p><p>　　生產(chǎn)企業(yè)的庫(kù)存管理問(wèn)題作為企業(yè)總體供應(yīng)鏈管理的關(guān)鍵問(wèn)題之一，庫(kù)存管理能力是評(píng)價(jià)供應(yīng)鏈管理水平的重要指標(biāo)之一。RFID 在庫(kù)存管理方面所起的作用正在變得越來(lái)越大，對(duì)庫(kù)存管理產(chǎn)生著各種深遠(yuǎn)的影響。其中最重要的一點(diǎn)就是削弱了庫(kù)存管理中所謂的 “牛鞭效應(yīng)”(Bul

65、l2whip Effect) 即需求變異加速放大原理解決庫(kù)存管理中的牛鞭效應(yīng)的比較有效的策略就是信息共享正為這種信息的共享提供了方便。雖然企業(yè)傳統(tǒng)的供應(yīng)鏈管理平臺(tái)為信息共享，資源整合提供了強(qiáng)大的 IT 平臺(tái)。但是這個(gè)平臺(tái)能否充分發(fā)揮作用取決于能否準(zhǔn)確，實(shí)時(shí)的底層數(shù)據(jù)信息目前的供應(yīng)鏈管理中底層數(shù)據(jù)的采集(如庫(kù)存盤點(diǎn)，貨物出入庫(kù)，數(shù)據(jù)錄入等)主要依賴條形碼技術(shù)，需要大量的人工介入，效率低下，差錯(cuò)率高，所提供信息的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性得不到保證[1

66、1]。</p><p>　　RFID技術(shù)的應(yīng)用將為企業(yè)提供空前的海量數(shù)據(jù)，在后臺(tái)系統(tǒng)的支持下將極大提升供應(yīng)鏈能見(jiàn)度，為供應(yīng)鏈管理的策略制定實(shí)施提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[12]。</p><p>　　5 智能冰箱濾波的設(shè)計(jì)</p><p>　　由于冰箱內(nèi)部存在著不少的傳感器和識(shí)別器，并對(duì)冰箱內(nèi)部的環(huán)境進(jìn)行著檢測(cè)，當(dāng)傳感器或識(shí)別器發(fā)現(xiàn)內(nèi)部環(huán)境發(fā)生變化并超出預(yù)設(shè)范圍時(shí)便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)信

67、號(hào)。這些信號(hào)中有些可以直接通過(guò)改變電路中的電壓，使冰箱重新運(yùn)作于正常狀態(tài)，如傳感信號(hào)。而其它的一些信號(hào)則必須通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行操作，檢測(cè)冰箱內(nèi)的庫(kù)存與保質(zhì)期，如RFID識(shí)別信號(hào)。</p><p>　　5.1 總體設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)的總體程序主要是對(duì)信號(hào)的處理，因?yàn)樵诒渲型粫r(shí)刻所產(chǎn)生的</p><p>　　信號(hào)有許多種，這些信號(hào)有些是在冰箱內(nèi)部能

68、直接操作的，而有些則需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接到互聯(lián)網(wǎng)中進(jìn)行檢測(cè)和對(duì)比，還有一種信號(hào)則是冰箱在運(yùn)作中所產(chǎn)生的噪音信號(hào)。因此，在信號(hào)處理的設(shè)計(jì)中必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾。以便得到想要的信號(hào)。見(jiàn)附錄4。</p><p>　　5.2 信號(hào)濾波的仿真設(shè)計(jì)</p><p>　　數(shù)字濾波器從實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)路結(jié)構(gòu)或者從單位脈沖響應(yīng)分類，可以分成無(wú)限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器和有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器。它們的系統(tǒng)函數(shù)分別為：

69、</p><p>　　5.2.1 IIR數(shù)字濾波器</p><p>　　IIR濾波器和FIR濾波器的設(shè)計(jì)方法是很不同的。IIR濾波器設(shè)計(jì)方法有兩類，常用的一類設(shè)計(jì)方法是借助于模擬濾波器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行的。</p><p>　　其設(shè)計(jì)步驟是：先設(shè)計(jì)模擬濾波器得到傳輸函數(shù)Ha(s)，然后將Ha(s)按某種方法轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)H(z)，所采用的方法主要有：脈沖響應(yīng)

70、不變法和雙線性變換法，這里主要采用后者來(lái)設(shè)計(jì)IIR濾波器。雙線性變換法設(shè)計(jì)IIR濾波器的具體步驟如下：</p><p>　　(1) 確定數(shù)字低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)：通帶(兩個(gè)截止頻率之間的頻率范圍，也稱為有效帶寬)截止頻率ωp、通帶衰減αp、阻帶(在某個(gè)頻率范圍內(nèi)的衰減大于一個(gè)規(guī)定值的頻帶)截止頻率ωs、阻帶衰減αs。</p><p>　　(2) 將數(shù)字低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成模擬低通濾波

71、器的技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　　(3) 按照模擬低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)模擬低通濾波器。</p><p>　　(4) 將模擬濾波器Ha(s)，從s面平面轉(zhuǎn)移到z平面，得到數(shù)字濾波器系統(tǒng)函數(shù)H(z)。如圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 雙線性變換法的映射</p><p>　　Matlab有關(guān)IIR濾波器的部分函數(shù)：</p

72、><p>　　1 freqz()函數(shù)</p><p><b>　　對(duì)如下系統(tǒng)函數(shù)：</b></p><p>　　調(diào)用：freqz(B，A)可以繪出濾波器的幅頻特性、相頻特性。</p><p><b>　　其基本調(diào)用格式為：</b></p><p>　　[H，w]=freqz(B，

73、A，N，'whole'，F(xiàn)s)</p><p>　　其中：N是頻率軸的分點(diǎn)數(shù)，一般取2的整數(shù)次冪；w是返回的頻率軸坐標(biāo)向量；Fs是抽樣頻率，若Fs=1，則給出歸一化頻率；whole指定頻率范圍從0~Fs，缺省時(shí)頻率范圍0~Fs/2</p><p>　　對(duì)已知的IIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)H(z)，用MATLAB繪制幅頻特性和相頻特性。由圖5-2可知該濾波器對(duì)0.6之后的頻率有抑制

74、作用，此濾波器是低通濾波器。</p><p>　　H(z)=(3+5/3z-1+2/3z-2)/(1+1/6z-1+1/3z-2-1/6z-3)</p><p>　　定義矢量：A=[1，1/6，1/3，-1/6];B=[3，5/3，2/3]</p><p>　　調(diào)用函數(shù)：freqz(B，A);有：</p><p>　　圖5-2 幅頻特性與相

75、頻特性</p><p>　　2 filter()函數(shù)</p><p>　　用來(lái)求一個(gè)離散系統(tǒng)的輸出。</p><p><b>　　基本格式：</b></p><p>　　y=filter(B，A，x);</p><p>　　其中B，A分別為系統(tǒng)函數(shù)H(z)的分子/分母的系數(shù)向量，x為輸出向量，y

76、為輸出向量。</p><p>　　用filter來(lái)求一個(gè)離散系統(tǒng)的輸出：代碼見(jiàn)附錄1。</p><p>　　5-3 離散系統(tǒng)的輸出</p><p>　　5.2.2 FIR數(shù)字濾波器</p><p>　　設(shè)希望設(shè)計(jì)的濾波器傳輸函數(shù)為Hd(ejω)，hd(n)是與其相對(duì)的單位脈沖響應(yīng)，因此：</p><p>　　相應(yīng)的單

77、位取樣響應(yīng)hd(n)為：</p><p>　　顯然，理想低通濾波器的單位樣值響應(yīng)是sin()函數(shù)，是不可實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)。為了構(gòu)造一個(gè)可實(shí)現(xiàn)的長(zhǎng)度為N的FIR濾波器，必須將sin()函數(shù)截?cái)唷?lt;/p><p>　　用窗函數(shù)w(n)將hd(n)截?cái)?，并進(jìn)行加權(quán)處理，得到：</p><p>　　h(n)=hd(n)w(n)</p><p>　　h(n)

78、就作為實(shí)際設(shè)計(jì)的FIR數(shù)字濾波器的單位樣值響應(yīng)序列，其頻率響應(yīng)函數(shù)Hd(ejω)為：</p><p>　　如果要求線性相位特性，則h(n)還必須滿足：截取的一段對(duì)(N-1)/2對(duì)稱。</p><p>　　h(n)=(+/-)h(N-1-n)</p><p><b>　　常用的窗函數(shù)：</b></p><p>　　1 矩

79、形窗 w=boxcar(M);</p><p>　　2 三角窗 w=triang(M);</p><p>　　3 漢寧窗 w=hanning(M);</p><p>　　4 漢明窗 w=hamming(M);</p><p>　　5 Backman窗 w=blackman(M);</p><p>　　

80、6 凱撒窗 w=kaiser(M，beta);</p><p>　　窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器的部分Matlab函數(shù)</p><p>　　(1) fir1()</p><p>　　用于設(shè)計(jì)低通高通或帶通濾波器?；菊{(diào)用格式：</p><p>　　b=fir1(N，Wn);</p><p>　　此格式設(shè)計(jì)低通濾波器，其

81、中：N為濾波器的階數(shù)，所以濾波器的長(zhǎng)度為N+1；Wn為帶通截止頻率，其值在0~1之間，1對(duì)應(yīng)抽樣頻率的一半；b為設(shè)計(jì)好的濾波器系數(shù)。該函數(shù)自動(dòng)選擇hamming窗。</p><p><b>　　fir2()</b></p><p>　　用于設(shè)計(jì)具有任意頻率響應(yīng)的FIR濾波器。基本調(diào)用格式：</p><p>　　b=fir2(N，F(xiàn)，M);<

82、;/p><p>　　其中：N為濾波器的階數(shù)，所以濾波器的長(zhǎng)度為N+1；F和M是所希望的濾波器的頻率響應(yīng)向量，F(xiàn)的值在0~1之間，1對(duì)應(yīng)抽樣頻率的一半，其中M是幅度向量，缺省狀態(tài)下該函數(shù)自動(dòng)選擇hamming窗。</p><p>　　1 按照窗函數(shù)法的設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)FIR低通濾波器。代碼見(jiàn)附錄2。</p><p>　　5-4 所得濾波器的單位樣值響應(yīng)</p>

83、<p>　　5-5 所得濾波器的幅頻和相頻響應(yīng)</p><p>　　2 用Matlab函數(shù)設(shè)計(jì)FIR濾波器。</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)N=40階的FIR低通濾波器，要求帶通截止頻率fc=0.2π。代碼見(jiàn)附錄3。</p><p>　　5-6 所得濾波器的單位樣值響應(yīng)</p><p>　　5-7 所得濾波器的幅頻和相頻響

84、應(yīng)</p><p>　　5.3 智能冰箱中的信號(hào)過(guò)濾</p><p>　　在冰箱對(duì)外部或內(nèi)部的環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)之后所產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)Matlab濾波處理之后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較為純凈的信號(hào)。冰箱內(nèi)部的智能模塊在收到這個(gè)信號(hào)之后變會(huì)做出相應(yīng)的動(dòng)作，以方便用戶達(dá)到所謂的智能。</p><p>　　5.3.1 對(duì)噪聲的處理</p><p>　　由于智能冰箱中的智

85、能電路有很多，從而產(chǎn)生的噪聲也不容忽視。這里主要介紹用自適應(yīng)濾波器技術(shù)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音去噪過(guò)程，程序代碼見(jiàn)附錄5：</p><p>　　圖5-8 原始信號(hào)時(shí)域圖</p><p>　　圖5-9 濾波前信號(hào)和濾波后信號(hào)時(shí)域圖</p><p>　?。?）為了確保噪聲的相關(guān)性，首先讓噪聲通過(guò)一個(gè)11階的低通FIR濾波器然后將濾波后的噪聲加到信號(hào)中去；</p><

86、p>　?。?）對(duì)程序中所使用的一些函數(shù)的詳細(xì)說(shuō)明，請(qǐng)參考MATLAB的函數(shù)說(shuō)明，這些函數(shù)包括：FIR、INITSE、FILTER、PLOT、ADAPTSE等。圖5-8為原始信號(hào)的信號(hào)圖；圖5-9為濾波前信號(hào)和濾波后信號(hào)時(shí)域圖。比較圖5-8和圖5-9可以看出，采用自適應(yīng)濾波后的濾波輸出信號(hào)和原始信號(hào)基本相似，噪聲可以濾除。</p><p>　　隨著噪聲的排除，所產(chǎn)生的信號(hào)便可以被智能模塊用來(lái)識(shí)別。通過(guò)這種識(shí)別

87、便能使智能系統(tǒng)做出相應(yīng)的動(dòng)作，從而完成了智能化的控制。</p><p><b>　　6 結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)方案按照任務(wù)書的要求，嚴(yán)格進(jìn)行多方面的調(diào)查與測(cè)試，并規(guī)范了書寫要求。在軟件放面進(jìn)行了多次測(cè)試與調(diào)控以確定實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。</p><p>　　但由于條件的不足，沒(méi)有對(duì)冰箱產(chǎn)生的實(shí)際信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)智能的處理也不完善。也沒(méi)

88、有對(duì)SOA系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)易的操作。這些不足有待在今后的工作學(xué)習(xí)中進(jìn)行改善。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 物聯(lián)網(wǎng)10年內(nèi)開(kāi)始從概念走向大眾[N] .北京商報(bào)，2009-11-04.</p><p>　　[2] 沈蘇彬，范曲立，宗平，毛燕琴，黃維. 物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與相關(guān)技術(shù)研 [J].南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)(自

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93、/p><p>　　[12] 余雷. 基于 RFID電子標(biāo)簽的物聯(lián)網(wǎng)物流管理系統(tǒng)[J] .微計(jì)算機(jī)信息，2006，(2):235.</p><p>　　附錄1 FILTER函數(shù)的應(yīng)用</p><p>　　x=ones(100);%產(chǎn)生幅值為1長(zhǎng)度為100的矩形序列</p><p><b>　　t=1:100;</b><

94、/p><p>　　B=[0.001836，0.007344，0.011016，0.007374，0.001836];</p><p>　　A=[1，-3.0544，3.8291，-2.2925，0.55075];</p><p>　　y=filter(B，A，x);</p><p><b>　　figure(1)</b>&l

95、t;/p><p>　　plot(t，x，'g.'，t，y，'k-');</p><p>　　附錄2 用窗函數(shù)設(shè)計(jì)FIR低通濾波器</p><p>　　%指標(biāo)：通帶頻率wp=0.2pi，通帶波紋Rp=0.25db</p><p>　　% 阻帶頻率ws=0.3pi，阻帶衰減As=50db</p>

96、<p>　　wp=0.2*pi;</p><p>　　ws=0.3*pi;</p><p>　　trans_width=ws-wp;</p><p>　　M=ceil(6.6*pi/trans_width)+1; %求出濾波器階數(shù)</p><p>　　n=[0:1:M-1];</p><p>　　wc=(

97、wp+ws)/2; %求出低通濾波器的截止頻率wc</p><p>　　hd=ideal_lp(wc，M); %求出理想低通濾波器的脈沖響應(yīng)</p><p>　　w_ham=(hamming(M))'; %求出漢明窗函數(shù)(可以選擇其它窗函數(shù))</p><p>　　h=hd.*w_ham; %加窗</p><p>　　figur

98、e(1) %繪圖</p><p>　　subplot(2，1，1)</p><p>　　stem(n，hd)</p><p>　　subplot(2，1，2)</p><p><b>　　stem(h);</b></p><p><b>　　figure(2)</b><

99、;/p><p>　　subplot(2，1，1)</p><p>　　freqz(hd，1)</p><p>　　subplot(2，1，2)</p><p><b>　　Fs=1000;</b></p><p><b>　　N=200;</b></p><p

100、>　　[H，F(xiàn)]=freqz(h，1，N，F(xiàn)s);</p><p>　　plot([0:Fs/(2*N):(Fs-Fs/N)/2]，abs(H))</p><p>　　附錄3 用MATLAB函數(shù)設(shè)計(jì)低通濾波器</p><p>　　b=fir1(40，0.2); %b為設(shè)計(jì)所得的結(jié)果h（n）</p><p><b>　　n=

101、1:41;</b></p><p><b>　　figure(1)</b></p><p><b>　　stem(n，b)</b></p><p><b>　　figure(2)</b></p><p>　　freqz(b，1)</p><p&g

102、t;　　附錄4 智能冰箱設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易流程</p><p>　　附錄5 用自適應(yīng)濾波器處理噪聲</p><p><b>　　pi=3.14;</b></p><p>　　signal=sin(2*pi*0.055*[0:999]'); %產(chǎn)生輸入信號(hào)</p><p>　　noise=randn(1，1000);

103、 %產(chǎn)生隨機(jī)噪聲</p><p>　　nfilt=fir1(11，0.4); %產(chǎn)生11階低通濾波，截止頻率為0.4</p><p>　　fnoise=filter(nfilt，1，noise); %噪聲信號(hào)進(jìn)行FIR濾波</p><p>　　d=signal.'+fnoise; %將噪聲疊加到信號(hào)中</p><p>　　w

104、0=nfilt.'-0.01; % 設(shè)置初始化濾波器系數(shù) </p><p>　　mu=0.05; % 設(shè)置算法的步長(zhǎng)</p><p>　　s=initse(w0，mu); %初始化自適應(yīng)FIR結(jié)構(gòu)濾波</p><p>　　[y，e，s]=adaptse(noise，d，s); %進(jìn)行自適應(yīng)濾波</p>