基于無線傳感器網(wǎng)絡的溫室測控系統(tǒng)研究設計

作為一款ARM 處理器，PXA270 采用基于AR2MV5TE 的XScale 架構(gòu)，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(gòu)基礎上增加了Intel Wireless MMX 技術，提高了處理多媒體的效率，優(yōu)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(nèi)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(tǒng)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(tǒng)可以根據(jù)CPU 的性能要求動態(tài)地調(diào)節(jié)功耗，可以動態(tài)調(diào)節(jié)CPU 的電壓和頻率來節(jié)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(jié)點實現(xiàn)了USB HOST、網(wǎng)絡、串口、GSM接口，以及一個自定義的51 針擴展接口，用來連接在目前無線傳感器網(wǎng)絡中廣泛使用的MICA 及MI2CA2 節(jié)點，或者作其他功能擴展整個系統(tǒng)的電源部分較為復雜，CF、GSM 都是單獨設立電源供應。

其他的具體硬件實現(xiàn)如下：

FLASH:采用Intel 公司的快速頁面讀取模式的St rataFlash ,28F128J3A ,工作電壓為3. 3V , 32Bit數(shù)據(jù)寬度， 4 片Intel 的28F128J3A Flash 組成的64MB 內(nèi)存；SDRAM: 采用三星SDRAM , K4S281632E -TC/ L75 ,32Bit 數(shù)據(jù)寬度，存儲時間為10ns ,由兩片K4S281632E - TC/ L75 構(gòu)成64MB SDRAM 內(nèi)存；網(wǎng)絡接口：由CS8900A 芯片實現(xiàn)，CS8900A 可以設計成ISA 總線的網(wǎng)卡，本系統(tǒng)則是將它與處理器直接連接實現(xiàn)以太網(wǎng)通信，使用nCS2 作為片選使能信號；FFUART:用來連接GSM 模塊，實現(xiàn)GSM 通信功能；BTUART :調(diào)試串口。

另外匯聚節(jié)點不需要LCD 顯示和鍵盤接口，這些GPIO 通過軟件設置，大部分用來實現(xiàn)一個自定義的51 針擴展接口，對于其他沒有用到的GPIO ,則定義為輸出以減少功耗。

4 軟件設計與功能分析

為使操作人員能夠直觀地看到溫室中各種環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)以及分配任務等，人機接口全部采用友好的圖形界面。 系統(tǒng)軟件由五大模塊組成：參數(shù)設置模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析和處理模塊、控制輸出模塊、數(shù)據(jù)管理模塊。 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖4 所示。

圖4 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

（1） 參數(shù)設置模塊。

管理員在使用溫室測控系統(tǒng)時，要使用賬號密碼登陸，如果密碼錯誤，則禁止進入系統(tǒng)。 由于不同的作物在不同的生長時期對環(huán)境參數(shù)的要求不同，同一作物在不同發(fā)育期也對環(huán)境要求不同，所以把環(huán)境參數(shù)作為控制參數(shù)向數(shù)據(jù)實時采集控制模塊中發(fā)送，能夠更好地滿足生物生長所需環(huán)境。 系統(tǒng)參數(shù)設置功能主要用于設定人為要求的環(huán)境因子的適宜數(shù)值。 系統(tǒng)中默認的可向數(shù)據(jù)實時采集控制模塊發(fā)送的控制參數(shù)有溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照度等環(huán)境參數(shù)。

（2） 數(shù)據(jù)采集模塊。

數(shù)據(jù)采集模塊主要實現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)同步采集、波形實時顯示以及數(shù)據(jù)存儲功能。 以動態(tài)曲線或表格的形式顯示環(huán)境因子參數(shù)的實時變化。

信號采集的任務就是將傳感器采集的電壓信號通過各采集通道經(jīng)過網(wǎng)關處理輸入到計算機中，最后再實時地顯示出來。 被采集的信號能否再實現(xiàn)真實信號，與采樣方式的選擇和采樣時間的確定有很大關系。 本系統(tǒng)選用實時采樣方式。