基于無線傳感器網(wǎng)絡的溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)研究
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(2)微處理器模塊。采用集成在CC2431內部的8051 CPU。集成的CPU有4種不同的內存空間：代碼區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)、擴展數(shù)據(jù)區(qū)和特殊功能寄存器區(qū)，不同的內存空間有利于代碼和數(shù)據(jù)的分離，提高CPU對內存的訪問速度。
(3)無線通信模塊
①傳感器網(wǎng)絡節(jié)點在通信時消耗了大量的能量，選擇一款低功耗的無線通信芯片將有效地降低通信模塊的能量消耗。CC2431是一款符合ZigBee標準的低功耗通信芯片，具有快速喚醒和搜索外部設備功能，可以使節(jié)點更多地處于休眠狀態(tài)而節(jié)約功耗，而且其信道頻率和功耗等參數(shù)可以靈活設置。CC2431通信模塊的天線考慮到無線傳感器網(wǎng)絡通信質量的要求，采用單極性天線，單極性天線在差分輸出與天線之間要求使用“平衡-不平衡變壓器”。
②無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點電源為電池供電系統(tǒng)，選用的電池為手機專用鋰電池。為了使系統(tǒng)在電池供電時，工作時間持續(xù)長，在設計電源模塊時要考慮到節(jié)點的節(jié)能問題。CC2431提供4種電源管理模式：PM0、PM1、PM2和PM3，合理地使用這4種模式可有效地降低節(jié)點的能耗。
③LED燈用于顯示傳感器節(jié)點的運行狀態(tài)。
(4)電源模塊。為其他模塊提供能源。
3.2 控制節(jié)點
控制節(jié)點由驅動器模塊、微處理器模塊、無線通信模塊和電源模塊組成。驅動器模塊能對調溫、調濕等設備進行相關控制，其硬件結構框圖如圖3所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/163021.htm
3.3 匯聚節(jié)點的硬件研究
匯聚節(jié)點由微處理器模塊、無線通信模塊、存儲器模塊、以太網(wǎng)接口模塊、串行接口模塊和電源模塊組成，其硬件結構框圖如圖4所示。
(1)存儲器模塊由1片Atmel公司出品的AT45DB041組成，直接接入CC2431 SPI輸入端。該芯片集成2 046頁×264 B Flash存儲單元，用于存儲傳感器重要歷史數(shù)據(jù)。
(2)為提供以太網(wǎng)的接入通道，在該設計中，使用DM9161作為以太網(wǎng)的物理層接口。DM9161是一款低功耗、高性能的CMOS 芯片，支持10 MB/s和100 MB/s的以太網(wǎng)傳輸，它起編碼、譯碼、輸入和輸出數(shù)據(jù)的作用，這樣就可以將匯聚節(jié)點輕松連接到因特網(wǎng)以便于實現(xiàn)遠程控制。
(3)串行接口模塊由1片低功耗MAX3232和COM母口組成。CC2431串口端接入MAX3232進行電平轉換，通過COM口與計算機進行通信。
(4)由于匯聚節(jié)點需要融合處理所有采集節(jié)點采集的數(shù)據(jù)，并且需要將數(shù)據(jù)經(jīng)過較遠的距離傳輸?shù)接嬎銠C，因而能量消耗較大，因此其電源采用從市電轉換后介入的方式供電。
(5)LED燈用于顯示匯聚節(jié)點的運行狀態(tài)。
4 TinyOS操作系統(tǒng)的移植
嵌入式操作系統(tǒng)能夠簡化嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)，確保程序運行的穩(wěn)定性和可靠性，便于程序的維護和更新，但是由于無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點是一個小型嵌入式系統(tǒng)，其硬件資源非常有限，需要高效利用其有限的內存、處理器和通信模塊，并且最大限度地減少系統(tǒng)能耗，延長節(jié)點的使用壽命，因此傳統(tǒng)的嵌入式操作系統(tǒng)不能滿足其要求。基于此，本文移植了針對無線傳感器網(wǎng)絡特點而開發(fā)的操作系統(tǒng)TinyOS。
4.1 TinyOS簡介
TinyOS是加州大學伯克利分校開發(fā)的一種典型的無線傳感器網(wǎng)絡操作系統(tǒng)，通過nesC語言可以開發(fā)基于TinyOS的應用程序。TinyOS設計的目標就是代碼量小、耗能低、并發(fā)性高、魯棒性好，可以適應不同的應用，采用輕量級線程技術，事件驅動模式，組件化編程等，從而使其成為面向無線傳感器網(wǎng)絡的操作系統(tǒng)。TinyOS提供了Main配件，以及針對某些硬件的感知組件、執(zhí)行組件、通信組件和硬件抽象組件。在這些組件的基礎上，用戶可以定制開發(fā)應用組件，然后將所有組件連接起來，就構成了整個應用程序。
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