無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的溫室測控系統方案

　　微控制器單元是傳感器節點(diǎn)的核心部件，負責處理數據并協(xié)調整個(gè)系統。 通常選取低功耗、帶有混合型號處理能力的微控制器。 這類(lèi)微控制器在單個(gè)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據，同時(shí)還應具備多通道的模數轉換器;最后，微控制必須具備電源管理功能，使得節點(diǎn)在不工作時(shí)可以切換到低功耗甚至超低功耗模式下運行。 本次設計最終選用了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(kāi)源開(kāi)發(fā)軟件工具成熟且TinyOS操作系統(傳感器節點(diǎn)操作系統) 對其支持較好。 因此為了更加快速地建立傳感器節點(diǎn)原型平臺，選擇ATmega128L 作為節點(diǎn)的數據處理單元。

　　作為與外界交換信息的接口，無(wú)線(xiàn)通信射頻模塊是傳感器節點(diǎn)另外一個(gè)重要的單元。 無(wú)線(xiàn)射頻芯片的選擇涉及到芯片的數據傳輸速率、接收與發(fā)送功率、休眠的能耗、啟動(dòng)穩定時(shí)間和信號調制方式等。 出于TinyOS 已包含CC2420 驅動(dòng)支持的原因，本設計選用了Chipcon 公司的CC2420 射頻芯片。

　　擴展接口使用了Mica2 系列的通用51 針標準接口，該接口已成為傳感器節點(diǎn)的與傳感器模塊互連的事實(shí)標準接口。 該接口包含兩個(gè)相同的部分，分別安裝在電路板的兩側可以實(shí)現模塊堆疊擴展。 按照該接口設計出的傳感器節點(diǎn)， 可以直接使用Crossbow 公司和各個(gè)研究機構設計的大部分傳感器模塊。

　　雖然ATmega128L 微控制器自帶了4kB 的EEPROM 數據存儲區域，但是對于傳感器節點(diǎn)來(lái)說(shuō)，擁有一個(gè)相對容量更多的、永久的數據存儲區域是十分必要的。 例如遠程節點(diǎn)代碼的自動(dòng)更新、節點(diǎn)配置信息的保存等都需要更多的存儲空間才能得以應用。 為了實(shí)現傳感器網(wǎng)絡(luò )系統狀態(tài)監測組件中的日志模塊， 傳感器節點(diǎn)的設計中使用了額外的AT45DB041B 非易失FLASH 存儲器， 其大小為512kB.

　　傳感器節點(diǎn)采用兩節AA 電池供電，為了降低成本，模塊未采用專(zhuān)門(mén)的監控芯片來(lái)進(jìn)行掉電保護。

　　3. 2 匯聚節點(diǎn)的設計

　　在溫室測控系統中，匯聚節點(diǎn)是傳感器網(wǎng)絡(luò )與管理節點(diǎn)或者其他外部網(wǎng)絡(luò )通信的橋梁，在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中起到網(wǎng)關(guān)的作用。 匯聚節點(diǎn)的硬件結構如圖3 所示。

　　圖3 匯聚節點(diǎn)的硬件結構

作為一款ARM 處理器，PXA270 采用基于A(yíng)R2MV5TE 的XScale 架構，提供了強大的處理功能。 與PXA25X系列處理器相比， PXA270 在XScale 微架構基礎上增加了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(shí)添加了針對移動(dòng)終端設備設計的新功能。 它的主要特性如下：

　　(1) 內部集成豐富的外設接口，如USB Host 控制器、PCMCIA/ SD/ MMC 卡控制器、I2C 接口、串口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘， SSP 串行接口等，因而采用PXA270設計的系統集成度非常高;(2) 計算能力強大，最高主頻達到624MHz ;(3) 無(wú)線(xiàn)SpeedStep 電源管理技術(shù)使系統可以根據CPU 的性能要求動(dòng)態(tài)地調節功耗，可以動(dòng)態(tài)調節CPU 的電壓和頻率來(lái)節省電源。 電源管理上，它支持多種運行模式。 包括一種正常操作電源模式(運行模式) 和五種低電源模式來(lái)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) .匯聚節點(diǎn)實(shí)現了USB HOST、網(wǎng)絡(luò )、串口、GSM接口，以及一個(gè)自定義