基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(nèi)部的8051 CPU。集成的CPU有4種不同的內(nèi)存空間：代碼區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)、擴(kuò)展數(shù)據(jù)區(qū)和特殊功能寄存器區(qū)，不同的內(nèi)存空間有利于代碼和數(shù)據(jù)的分離，提高CPU對(duì)內(nèi)存的訪問速度。
(3)無線通信模塊
①傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在通信時(shí)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(biāo)準(zhǔn)的低功耗通信芯片，具有快速喚醒和搜索外部設(shè)備功能，可以使節(jié)點(diǎn)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(shè)置。CC2431通信模塊的天線考慮到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)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(luò)節(jié)點(diǎn)電源為電池供電系統(tǒng)，選用的電池為手機(jī)專用鋰電池。為了使系統(tǒng)在電池供電時(shí)，工作時(shí)間持續(xù)長(zhǎng)，在設(shè)計(jì)電源模塊時(shí)要考慮到節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的能耗。
③LED燈用于顯示傳感器節(jié)點(diǎn)的運(yùn)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(diǎn)
控制節(jié)點(diǎn)由驅(qū)動(dòng)器模塊、微處理器模塊、無線通信模塊和電源模塊組成。驅(qū)動(dòng)器模塊能對(duì)調(diào)溫、調(diào)濕等設(shè)備進(jìn)行相關(guān)控制，其硬件結(jié)構(gòu)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(diǎn)的硬件研究
匯聚節(jié)點(diǎn)由微處理器模塊、無線通信模塊、存儲(chǔ)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(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。
(1)存儲(chǔ)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(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)傳感器重要?dú)v史數(shù)據(jù)。
(2)為提供以太網(wǎng)的接入通道，在該設(shè)計(jì)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(diǎn)輕松連接到因特網(wǎng)以便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，通過COM口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。
(4)由于匯聚節(jié)點(diǎn)需要融合處理所有采集節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，并且需要將數(shù)據(jù)經(jīng)過較遠(yuǎn)的距離傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，因而能量消耗較大，因此其電源采用從市電轉(zhuǎn)換后介入的方式供電。
(5)LED燈用于顯示匯聚節(jié)點(diǎn)的運(yùn)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(jiǎn)化嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)，確保程序運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，便于程序的維護(hù)和更新，但是由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)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(nèi)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(zhǎng)節(jié)點(diǎn)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(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)而開發(fā)的操作系統(tǒng)TinyOS。
4.1 TinyOS簡(jiǎn)介
TinyOS是加州大學(xué)伯克利分校開發(fā)的一種典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，通過nesC語言可以開發(fā)基于TinyOS的應(yīng)用程序。TinyOS設(shè)計(jì)的目標(biāo)就是代碼量小、耗能低、并發(fā)性高、魯棒性好，可以適應(yīng)不同的應(yīng)用，采用輕量級(jí)線程技術(shù)，事件驅(qū)動(dòng)模式，組件化編程等，從而使其成為面向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)。TinyOS提供了Main配件，以及針對(duì)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(chǔ)上，用戶可以定制開發(fā)應(yīng)用組件，然后將所有組件連接起來，就構(gòu)成了整個(gè)應(yīng)用程序。
評(píng)論