基于ZigBee的溫室監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

引言
溫室監(jiān)控系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測室內(nèi)溫度、濕度、CO2濃度等環(huán)境參數(shù)，以便做出相應(yīng)調(diào)整，使作物處于最佳環(huán)境中生長。現(xiàn)有的無線溫室監(jiān)控系統(tǒng)大多在無線局域網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)進(jìn)行環(huán)境信息監(jiān)測，傳輸范圍有限，且功耗和成本較高。
ZigBee是一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。2節(jié)5號(hào)電池即可使ZigBee射頻芯片工作6～24個(gè)月。
本設(shè)計(jì)采用ZigBee技術(shù)組建無線局域網(wǎng)，并通過網(wǎng)關(guān)接人到以太網(wǎng)。不但很好地解決了功耗和成本問題，而且也有效擴(kuò)展了數(shù)據(jù)的傳輸范圍。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
溫室監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。系統(tǒng)由無線傳感節(jié)點(diǎn)、嵌入式網(wǎng)關(guān)、人機(jī)交互界面3個(gè)部分組成。無線傳感節(jié)點(diǎn)通過連接傳感器來獲得相應(yīng)的環(huán)境參數(shù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。嵌入式網(wǎng)關(guān)承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)管理的功能，主要負(fù)責(zé)組建ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)并將傳感節(jié)點(diǎn)傳回的數(shù)據(jù)上傳至以太網(wǎng)中。人機(jī)交互界面的作用是將這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地顯示在網(wǎng)頁上，也可以通過網(wǎng)頁進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

無線局域網(wǎng)中的各傳感器節(jié)點(diǎn)采集溫度、濕度、C02濃度等環(huán)境信息，經(jīng)網(wǎng)關(guān)處理后，監(jiān)控終端計(jì)算機(jī)通過IE瀏覽器即可訪問這些數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控環(huán)境信息。

2 硬件設(shè)計(jì)
整個(gè)系統(tǒng)涉及ZigBee網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)，為了使2個(gè)網(wǎng)絡(luò)能相互通信，需要建立網(wǎng)關(guān)。本文用嵌入式BOA服務(wù)器作為2個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信息中轉(zhuǎn)站，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的功能。BOA服務(wù)器是一個(gè)小巧高效的Web服務(wù)器，運(yùn)行于Unix或Linux系統(tǒng)下，支持CGI的、適合用于嵌入式系統(tǒng)的單任務(wù)的HTTP服務(wù)器。
2．1 網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì)
嵌入式BOA服務(wù)器可以在嵌入式Linux操作系統(tǒng)的支持下進(jìn)行設(shè)計(jì)。網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

網(wǎng)關(guān)硬件包括如下部分：
①S3C2440A，Samsung公司的一款基于ARM920T內(nèi)核的32位RISC嵌入式微處理器，運(yùn)行頻率可達(dá)400 MHz。
②256MB Flash，存儲(chǔ)Bootloader和Linux操作系統(tǒng)以及文件系統(tǒng)。
③64MB SDRAM，作為系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。
④DM9000A網(wǎng)絡(luò)控制器，提供以太網(wǎng)連接功能，以滿足用戶通過TCP／IP以太網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交互。
⑤JTAG仿真調(diào)試接口，支持ADS等集成開發(fā)環(huán)境利用JTAG調(diào)試接口對(duì)整個(gè)硬件電路進(jìn)行軟件開發(fā)和調(diào)試。
⑥UART接口，連接CC2430射頻芯片以實(shí)現(xiàn)ZigBee無線局域網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)的互聯(lián)。