基于茶園旱情監(jiān)測系統(tǒng)的WSN網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)
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干旱缺水歷來是制約我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的主要因素，南方省份如廣東，盡管年降雨量充足，但季節(jié)性缺水仍然嚴(yán)重，粵北、粵西地區(qū)尤為突出。茶樹對土壤含水量的要求較高，水分不足或過多均不利于茶樹生育，因而建立茶園旱情監(jiān)測系統(tǒng)，將為解決茶園合理灌溉的問題提供了科學(xué)依據(jù)。
近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)技術(shù)迅速興起，成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。WSN中的網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)接收來自節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行修正、融合等處理，然后通過以太網(wǎng)或GPRS等網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施將數(shù)據(jù)接入Internet網(wǎng)絡(luò)，傳送至遠(yuǎn)程終端，同時對遠(yuǎn)程終端所發(fā)出的指令進(jìn)行及時處理和反應(yīng)。目前，國內(nèi)外對于信息遠(yuǎn)距離傳輸?shù)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/WSN">WSN網(wǎng)關(guān)技術(shù)已進(jìn)行了初步的研究。美國的Crossbow公司曾推出具有以太網(wǎng)通信功能的匯聚節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品并得到應(yīng)用。哈佛大學(xué)的科研人員曾經(jīng)在位于厄瓜多爾境內(nèi)的唐古拉瓦火山(volean thngnrahua)附近部署了小范圍的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，采集次聲波信號并傳送至匯聚節(jié)點(diǎn)，通過接入無線Modem將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到9 km外火山監(jiān)測站的PC機(jī)上。國內(nèi)一些大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)也提出了有關(guān)解決方案，比較典型的是基于有線通信方式的以太網(wǎng)和無線通信方式的GPRS，CDMA等WSN網(wǎng)關(guān)，也有利用公共電話網(wǎng)(PSTN)，采用撥號方式建立臨時連接方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)關(guān)。
這里的目的是設(shè)計(jì)、開發(fā)一種適合于山地茶園旱情的WSN網(wǎng)關(guān)。
1網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖1所示。由CPU、存儲模塊、本地連接模塊、簇內(nèi)網(wǎng)絡(luò)連接模塊以及簇外網(wǎng)絡(luò)連接模塊組成。
系統(tǒng)采用三星公司的S3C2410作為CPU。S3C2410是一款基于ARM920T內(nèi)核的16／32位RISC嵌入式處理器，內(nèi)部有內(nèi)存管理單元(memory managerunit，MMU)，可以穩(wěn)定運(yùn)行在266 MHz。
存儲模塊由FLASH存儲器、SDRAM以及SD卡組成。其中，F(xiàn)LASH 7存儲器采用三星公司的K9F1208UDM NAND FLASH；內(nèi)存SDRAM部分采用Hynix Semiconductor公司的HY57V561620芯片；S3C2410帶有SD卡接口，系統(tǒng)擴(kuò)展出SD卡插槽，用SD卡擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲空間。
本地連接模塊由串口電路、USB接口電路以及JTAG接口電路3部分組成。串口電路用于系統(tǒng)調(diào)試以及連接(自身)匯聚節(jié)點(diǎn)的DB51針擴(kuò)展接口。USB接口用來連接USB設(shè)備，以及實(shí)現(xiàn)與工作站連接、下載Linux內(nèi)核等功能。該模塊還提供了JTAG接口，方便用戶進(jìn)行JTAG調(diào)試。
簇內(nèi)網(wǎng)絡(luò)連接模塊主要負(fù)責(zé)網(wǎng)關(guān)與匯聚節(jié)點(diǎn)的連接，匯聚節(jié)點(diǎn)通過DB51針連接器與網(wǎng)關(guān)本地連接模塊中DB9串口連接，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)關(guān)與匯聚節(jié)點(diǎn)的連接功能。
簇外網(wǎng)絡(luò)連接模塊的功能是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)利用以太網(wǎng)或GPRS網(wǎng)絡(luò)接入Internet進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，供遠(yuǎn)程終端進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢以及遠(yuǎn)程監(jiān)控。簇外連接模塊由以太網(wǎng)接口電路以及GPRS接口電路組成。
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