面向无线人机交互的多设备连接算法研究

发布时间：2020-08-25 14:08

【摘要】：工业无线通信技术的发展,使得无线人机交互(Human-Machine Interaction,HMI)逐步在工业现场得以应用,并具有操作灵活、功能强、效率高等优点。但在与机器设备进行交互前,工程师必须将目标设备从一个存有大量设备信息的列表中挑选出。这种选择的方式增加了操作负担,容易导致连接错误,浪费时间。在工业人机交互中,工程师通常需要面对目标设备进行状态读取和修改参数等操作,这使得工业无线人机交互具有视距(Line-of-Sight,LOS)内通信的特点。这一特性使得接近感知(Proximity Estimation)算法适合用来简化对目标设备的接入。然而,由于无线信号的不稳定性,现有算法存在精度低、无法应对多设备连接等问题,因此难以直接在工业无线人机交互中得以应用。为了解决上述问题,本文研究了面向无线人机交互的多设备连接算法,其核心思想是利用无线设备的显示模块显示不同的可视化标识,从而将设备选择转换为标识选择,进而大幅减少设备连接的复杂度。具体而言,本文包含以下研究内容:1、本文首先结合Android智能设备和蓝牙无线技术设计了无线工业人机交互系统,该系统能够完成工业人机交互的基本功能,同时机器无线节点设计有显示模块,用以显示可视化标识,为设计多设备连接算法提供硬件支撑。2、基于无线人机交互系统,本文搭建了工业人机交互网络实验平台,并根据工业环境的设备部署特性,建立了网络空间模型,进而给出视距范围内设备节点的严格定义,并基于接近感知算法设计了筛选视距范围节点的方法。3、本文设计了基于可视化标识的多设备连接算法LightCon。LightCon算法具体包括:筛选节点、标识分配、标识发布、标识显示、标识选择等五个方面,能够将设备选择转换为标识选择,从而简化了人工选择设备的复杂度。4、针对可视化标识的有限性,本文设计了两种标识分配算法(A-SA、B-SA),并通过理论和仿真分析,证明了B-SA算法能够有效降低用户选择标识的次数,进而减少了连接时间。5、本文将LightCon在工业人机交互网络实验平台进行了实现,并且将其与已有算法的性能进行比较,实验结果证明LightCon算法能够有效减少连接时间,更能满足工业人机交互中多设备连接的需求。
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN92
【图文】：

逦￥线可｜｜５辑工娜逡逑图２－１无线工业人机交互系统逡逑本文所设计的无线工业人机交互系统如图２－１所示，该系统主要由三个部分逡逑组成：移动节点、蓝牙无线节点、工业ＰＬＣＸＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ邋Ｌｏｇｉｃ邋Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ＰＬＣ）。逡逑在系统中，移动节点相当于上位机，具有数据采集、信息显示、数据输入等功能，逡逑不断采集设备数据，将采集到的数据信息在图形化界面中显示出来，根据采集数逡逑据的计算结果或工程师的控制输入生成控制指令，并最终发送给ＰＬＣ。蓝牙无线逡逑节点相当于中转机构，具备与移动节点、工业ＰＬＣ同时通信的功能，通过蓝牙逡逑４．０与Ｍｏｄｂｕｓ邋ＲＴＵ两种异构协议的相互转换，建立移动节点与ＰＬＣ之间的数据逡逑通道，使二者能够实现间接连接与数据交换。工业ＰＬＣ相当于执行器与传感器逡逑的角色

无线协议和ＦＭ射频。逡逑２．３．２蓝牙无线节点硬件设计逡逑蓝牙无线节点的硬件结构如图２－２所示，所设计的蓝牙无线节点应该能够与逡逑其他蓝牙设备进行连接和通信，并支持所有带有ＲＳ４８５接口的工业ＰＬＣ，所以逡逑包括主控制器、ＲＳ４８５接口、ＬＥＤ显示电路等电路模块，其结构图如下：逡逑１邋线楼块Ｉ／ｕｊｓＪ邋ＲＳ４８５逡逑逦邋接口电路逡逑ＬＥＤ邋电路（］＝［）逦逦逡逑ｈ＝＝ｉｉ邋ｓｓｆ0逡逑调试电路—逡逑晶振电路

本文编号：2803791