基于ZigBee的溫室監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計
引言
溫室監(jiān)控系統(tǒng)用于實時監(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?,F(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、低復雜度、低功耗、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。2節(jié)5號電池即可使ZigBee射頻芯片工作6~24個月。
本設(shè)計采用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,而且也有效擴展了數(shù)據(jù)的傳輸范圍。
1 系統(tǒng)設(shè)計
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、嵌入式網(wǎng)關(guān)、人機交互界面3個部分組成。無線傳感節(jié)點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。嵌入式網(wǎng)關(guān)承擔網(wǎng)絡(luò)管理的功能,主要負責組建ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)并將傳感節(jié)點傳回的數(shù)據(jù)上傳至以太網(wǎng)中。人機交互界面的作用是將這些數(shù)據(jù)實時地顯示在網(wǎng)頁上,也可以通過網(wǎng)頁進行遠程控制。
無線局域網(wǎng)中的各傳感器節(jié)點采集溫度、濕度、C02濃度等環(huán)境信息,經(jīng)網(wǎng)關(guān)處理后,監(jiān)控終端計算機通過IE瀏覽器即可訪問這些數(shù)據(jù),從而實現(xiàn)遠程監(jiān)控環(huán)境信息。
2 硬件設(shè)計
整個系統(tǒng)涉及ZigBee網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng),為了使2個網(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個網(wǎng)絡(luò)的信息中轉(zhuǎn)站,以實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的功能。BOA服務(wù)器是一個小巧高效的Web服務(wù)器,運行于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
嵌入式BOA服務(wù)器可以在嵌入式Linux操作系統(tǒng)的支持下進行設(shè)計。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,運行頻率可達400 MHz。
②256MB Flash,存儲Bootloader和Linux操作系統(tǒng)以及文件系統(tǒng)。
③64MB SDRAM,作為系統(tǒng)運行時的程序和數(shù)據(jù)存儲器。
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)進行實時的數(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)試接口對整個硬件電路進行軟件開發(fā)和調(diào)試。
⑥UART接口,連接CC2430射頻芯片以實現(xiàn)ZigBee無線局域網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)的互聯(lián)。
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