無線傳感器網絡的溫室測控系統方案

　　微控制器單元是傳感器節點的核心部件，負責處理數據并協調整個系統。 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據，同時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，使得節點在不工作時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 公司生產的ATmega128L 作為微控制器單元主要出于以下兩點原因：首先，ATmega128L 采用的RISC技術使其具有較高的計算性能; 其次，AT2mega128L 的可用開源開發軟件工具成熟且TinyOS操作系統(傳感器節點操作系統) 對其支持較好。 因此為了更加快速地建立傳感器節點原型平臺，選擇ATmega128L 作為節點的數據處理單元。

　　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點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據傳輸速率、接收與發送功率、休眠的能耗、啟動穩定時間和信號調制方式等。 出于TinyOS 已包含CC2420 驅動支持的原因，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的與傳感器模塊互連的事實標準接口。 該接口包含兩個相同的部分，分別安裝在電路板的兩側可以實現模塊堆疊擴展。 按照該接口設計出的傳感器節點， 可以直接使用Crossbow 公司和各個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來說，擁有一個相對容量更多的、永久的數據存儲區域是十分必要的。 例如遠程節點代碼的自動更新、節點配置信息的保存等都需要更多的存儲空間才能得以應用。 為了實現傳感器網絡系統狀態監測組件中的日志模塊， 傳感器節點的設計中使用了額外的AT45DB041B 非易失FLASH 存儲器， 其大小為512kB.

　　傳感器節點采用兩節AA 電池供電，為了降低成本，模塊未采用專門的監控芯片來進行掉電保護。

　　3. 2 匯聚節點的設計

　　在溫室測控系統中，匯聚節點是傳感器網絡與管理節點或者其他外部網絡通信的橋梁，在無線傳感器網絡中起到網關的作用。 匯聚節點的硬件結構如圖3 所示。

　　圖3 匯聚節點的硬件結構

作為一款ARM 處理器，PXA270 采用基于AR2MV5TE 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，提高了處理多媒體的效率，優化了處理器的功耗，同時添加了針對移動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、實時時鐘， 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) 無線SpeedStep 電源管理技術使系統可以根據CPU 的性能要求動態地調節功耗，可以動態調節CPU 的電壓和頻率來節省電源。 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) .匯聚節點實現了USB HOST、網絡、串口、GSM接口，以及一個自定義