無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室測控系統(tǒng)方案

　　微控制器單元是傳感器節(jié)點(diǎn)的核心部件，負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)并協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)。 通常選取低功耗、帶有混合型號處理能力的微控制器。 這類微控制器在單個芯片上一般具有UART、SPI、I2C 等通用接口;另外由于需要獲取傳感器采集的數(shù)據(jù)，同時還應(yīng)具備多通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換器;最后，微控制必須具備電源管理功能，使得節(jié)點(diǎn)在不工作時可以切換到低功耗甚至超低功耗模式下運(yùn)行。 本次設(shè)計最終選用了AT2MEL 公司生產(chǎn)的ATmega128L 作為微控制器單元主要出于以下兩點(diǎn)原因：首先，ATmega128L 采用的RISC技術(shù)使其具有較高的計算性能; 其次，AT2mega128L 的可用開源開發(fā)軟件工具成熟且TinyOS操作系統(tǒng)(傳感器節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)) 對其支持較好。 因此為了更加快速地建立傳感器節(jié)點(diǎn)原型平臺，選擇ATmega128L 作為節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理單元。

　　作為與外界交換信息的接口，無線通信射頻模塊是傳感器節(jié)點(diǎn)另外一個重要的單元。 無線射頻芯片的選擇涉及到芯片的數(shù)據(jù)傳輸速率、接收與發(fā)送功率、休眠的能耗、啟動穩(wěn)定時間和信號調(diào)制方式等。 出于TinyOS 已包含CC2420 驅(qū)動支持的原因，本設(shè)計選用了Chipcon 公司的CC2420 射頻芯片。

　　擴(kuò)展接口使用了Mica2 系列的通用51 針標(biāo)準(zhǔn)接口，該接口已成為傳感器節(jié)點(diǎn)的與傳感器模塊互連的事實標(biāo)準(zhǔn)接口。 該接口包含兩個相同的部分，分別安裝在電路板的兩側(cè)可以實現(xiàn)模塊堆疊擴(kuò)展。 按照該接口設(shè)計出的傳感器節(jié)點(diǎn)， 可以直接使用Crossbow 公司和各個研究機(jī)構(gòu)設(shè)計的大部分傳感器模塊。

　　雖然ATmega128L 微控制器自帶了4kB 的EEPROM 數(shù)據(jù)存儲區(qū)域，但是對于傳感器節(jié)點(diǎn)來說，擁有一個相對容量更多的、永久的數(shù)據(jù)存儲區(qū)域是十分必要的。 例如遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)代碼的自動更新、節(jié)點(diǎn)配置信息的保存等都需要更多的存儲空間才能得以應(yīng)用。 為了實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測組件中的日志模塊， 傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計中使用了額外的AT45DB041B 非易失FLASH 存儲器， 其大小為512kB.

　　傳感器節(jié)點(diǎn)采用兩節(jié)AA 電池供電，為了降低成本，模塊未采用專門的監(jiān)控芯片來進(jìn)行掉電保護(hù)。

　　3. 2 匯聚節(jié)點(diǎn)的設(shè)計

　　在溫室測控系統(tǒng)中，匯聚節(jié)點(diǎn)是傳感器網(wǎng)絡(luò)與管理節(jié)點(diǎn)或者其他外部網(wǎng)絡(luò)通信的橋梁，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中起到網(wǎng)關(guān)的作用。 匯聚節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

　　圖3 匯聚節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)

作為一款A(yù)RM 處理器，PXA270 采用基于AR2MV5TE 的XScale 架構(gòu)，提供了強(qiáng)大的處理功能。 與PXA25X系列處理器相比， PXA270 在XScale 微架構(gòu)基礎(chǔ)上增加了Intel Wireless MMX 技術(shù)，提高了處理多媒體的效率，優(yōu)化了處理器的功耗，同時添加了針對移動終端設(shè)備設(shè)計的新功能。 它的主要特性如下：

　　(1) 內(nèi)部集成豐富的外設(shè)接口，如USB Host 控制器、PCMCIA/ SD/ MMC 卡控制器、I2C 接口、串口、實時時鐘， SSP 串行接口等，因而采用PXA270設(shè)計的系統(tǒng)集成度非常高;(2) 計算能力強(qiáng)大，最高主頻達(dá)到624MHz ;(3) 無線SpeedStep 電源管理技術(shù)使系統(tǒng)可以根據(jù)CPU 的性能要求動態(tài)地調(diào)節(jié)功耗，可以動態(tài)調(diào)節(jié)CPU 的電壓和頻率來節(jié)省電源。 電源管理上，它支持多種運(yùn)行模式。 包括一種正常操作電源模式(運(yùn)行模式) 和五種低電源模式來控制電源消耗(空閑模式、深度空閑模式、等待模式、睡眠模式、深度睡眠模式) .匯聚節(jié)點(diǎn)實現(xiàn)了USB HOST、網(wǎng)絡(luò)、串口、GSM接口，以及一個自定義