无线传感器网络的温室测控系统方案

　　微控制器单元是传感器节点的核心部件，负责处理数据并协调整个系统。 通常选取低功耗、带有混合型号处理能力的微控制器。 这类微控制器在单个芯片上一般具有UART、SPI、I2C 等通用接口;另外由于需要获取传感器采集的数据，同时还应具备多通道的模数转换器;最后，微控制必须具备电源管理功能，使得节点在不工作时可以切换到低功耗甚至超低功耗模式下运行。 本次设计最终选用了AT2MEL 公司生产的ATmega128L 作为微控制器单元主要出于以下两点原因：首先，ATmega128L 采用的RISC技术使其具有较高的计算性能; 其次，AT2mega128L 的可用开源开发软件工具成熟且TinyOS操作系统(传感器节点操作系统) 对其支持较好。 因此为了更加快速地建立传感器节点原型平台，选择ATmega128L 作为节点的数据处理单元。

　　作为与外界交换信息的接口，无线通信射频模块是传感器节点另外一个重要的单元。无线射频芯片的选择涉及到芯片的数据传输速率、接收与发送功率、休眠的能耗、启动稳定时间和信号调制方式等。 出于TinyOS 已包含CC2420 驱动支持的原因，本设计选用了Chipcon 公司的CC2420 射频芯片。

　　扩展接口使用了Mica2 系列的通用51 针标准接口，该接口已成为传感器节点的与传感器模块互连的事实标准接口。 该接口包含两个相同的部分，分别安装在电路板的两侧可以实现模块堆叠扩展。 按照该接口设计出的传感器节点， 可以直接使用Crossbow 公司和各个研究机构设计的大部分传感器模块。

　　虽然ATmega128L 微控制器自带了4kB 的EEPROM 数据存储区域，但是对于传感器节点来说，拥有一个相对容量更多的、永久的数据存储区域是十分必要的。 例如远程节点代码的自动更新、节点配置信息的保存等都需要更多的存储空间才能得以应用。 为了实现传感器网络系统状态监测组件中的日志模块， 传感器节点的设计中使用了额外的AT45DB041B 非易失FLASH 存储器， 其大小为512kB.

　　传感器节点采用两节AA 电池供电，为了降低成本，模块未采用专门的监控芯片来进行掉电保护。

　　3. 2 汇聚节点的设计

　　在温室测控系统中，汇聚节点是传感器网络与管理节点或者其他外部网络通信的桥梁，在无线传感器网络中起到网关的作用。 汇聚节点的硬件结构如图3 所示。

　　图3 汇聚节点的硬件结构

作为一款ARM 处理器，PXA270 采用基于AR2MV5TE 的XScale 架构，提供了强大的处理功能。 与PXA25X系列处理器相比， PXA270 在XScale 微架构基础上增加了Intel Wireless MMX 技术，提高了处理多媒体的效率，优化了处理器的功耗，同时添加了针对移动终端设备设计的新功能。 它的主要特性如下：

　　(1) 内部集成丰富的外设接口，如USB Host 控制器、PCMCIA/ SD/ MMC 卡控制器、I2C 接口、串口、实时时钟， SSP 串行接口等，因而采用PXA270设计的系统集成度非常高;(2) 计算能力强大，最高主频达到624MHz ;(3) 无线SpeedStep 电源管理技术使系统可以根据CPU 的性能要求动态地调节功耗，可以动态调节CPU 的电压和频率来节省电源。 电源管理上，它支持多种运行模式。 包括一种正常操作电源模式(运行模式) 和五种低电源模式来控制电源消耗(空闲模式、深度空闲模式、等待模式、睡眠模式、深度睡眠模式) .汇聚节点实现了USB HOST、网络、串口、GSM接口，以及一个自定义