2．2 數(shù)據(jù)處理中心整體結(jié)構(gòu)

　　數(shù)據(jù)處理中心主要由核心處理器、ZigBee無(wú)線通信模塊、GPRS接口模塊、存儲(chǔ)模塊以及以太網(wǎng)光纖轉(zhuǎn)換模塊等組成。其整體原理圖如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)處理中心原理圖

　　數(shù)據(jù)處理中心的主控制芯片采用的是基于ARM920T架構(gòu)的S3C2440處理器，該處理器是一款應(yīng)用于手持移動(dòng)通訊設(shè)備的32 b RISC微處理器。在本系統(tǒng)中，S3C2440主要負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集、存儲(chǔ)、運(yùn)算并將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成TCP／IP協(xié)議的光纖信號(hào)接入到In-ternet中或者通過(guò)串口與GPRS模塊通信以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)端傳輸。

　　2．3 其他硬件電路設(shè)計(jì)

　　S3C2440在接收到CC2430模塊發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)后，需要對(duì)其進(jìn)行分類存儲(chǔ)，以備在歷史數(shù)據(jù)查詢時(shí)使用。本系統(tǒng)采用S3C2440來(lái)驅(qū)動(dòng)FLASH存儲(chǔ)設(shè)備SD卡的讀寫，S3C2440具有專用的引腳通過(guò)SDIO模式來(lái)驅(qū)動(dòng)SD卡，使用起來(lái)十分方便。GPRS模塊的接口設(shè)計(jì)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，S3C 2440的串口2通過(guò)MAX3232將TTL電平傳換成RS 232電平后即可與GPRS模塊相連。

　　由于農(nóng)場(chǎng)環(huán)境的特殊性，不可能為每個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)供電，因此本系統(tǒng)采用太陽(yáng)能電池與普通干電池相結(jié)合的方式為其提供電源，在太陽(yáng)能電池電量充足的時(shí)候，采用太陽(yáng)能電池供電，當(dāng)太陽(yáng)能電池電量不足或者出現(xiàn)故障時(shí)切換到干電池端，利用干電池進(jìn)行供電。

　　由于基于IEEE 802．3標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)在使用雙絞線的情況下最多只能傳輸100 m，網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)一般會(huì)在距數(shù)據(jù)處理中心數(shù)公里以外的距離，遠(yuǎn)不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。因此，設(shè)計(jì)了一種光纖以太網(wǎng)接口，使其能夠適應(yīng)較遠(yuǎn)距離的傳輸。本系統(tǒng)采用的方案為，通過(guò)S3C2440驅(qū)動(dòng)DM9000-1O／100M自適應(yīng)網(wǎng)卡芯片，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器匹配輸出，再由隔離變壓器匹配輸入給IP113A實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)光纖信號(hào)轉(zhuǎn)換，最后經(jīng)由光纖收發(fā)模塊進(jìn)行光信號(hào)傳輸，其結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 以太網(wǎng)光纖信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊

　　數(shù)據(jù)采集站與傳輸基站在電路設(shè)計(jì)上是相同的，只是在軟件上有所區(qū)別，其電路主要包括ZigBee無(wú)線模塊、與濕度傳感器間通信的串口模塊、防止程序出現(xiàn)異常的看門狗模塊以及供電模塊等。

　　3 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)

　　為了滿足大面積覆蓋的需求，本系統(tǒng)采用MESH型與星型相結(jié)合的混合型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即底層采用星型網(wǎng)絡(luò)，上層采用MESH型網(wǎng)絡(luò)，兩者在管理上是相互獨(dú)立的。

　　在底層，傳輸基站定時(shí)T s，以廣播的形式向其管轄區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)采集站發(fā)送傳輸基站數(shù)據(jù)請(qǐng)求幀；數(shù)據(jù)采集站收到請(qǐng)求幀后，會(huì)將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)采集站數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)上傳給傳輸基站；傳輸基站收到數(shù)據(jù)后，將采集上來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和數(shù)據(jù)融合，并對(duì)長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有響應(yīng)的數(shù)據(jù)采集站的ID進(jìn)行記錄；在收到數(shù)據(jù)處理中心發(fā)出的數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)請(qǐng)求幀后，傳輸基站將處理好的數(shù)據(jù)上傳給數(shù)據(jù)處理中心。

　　數(shù)據(jù)處理中心與傳輸基站的數(shù)據(jù)傳輸采用的是輪詢方式，它會(huì)根據(jù)需要，在一定的時(shí)間內(nèi)以單點(diǎn)廣播的方式，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的傳輸基站發(fā)送數(shù)據(jù)處理中心數(shù)據(jù)請(qǐng)求幀，傳輸基站收到針對(duì)自己的數(shù)據(jù)請(qǐng)求幀后，按照一定的路由方式上傳數(shù)據(jù)。當(dāng)需要修改數(shù)據(jù)傳輸參數(shù)時(shí)(如定時(shí)發(fā)送時(shí)間間隔)，可通過(guò)控制幀進(jìn)行設(shè)定，傳輸基站收到后會(huì)將修改的值發(fā)送給數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行確認(rèn)。圖5和圖6分別表示傳輸基站模型和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖5 傳輸基站模型

圖6 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　對(duì)于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，通信協(xié)議不僅可以保證網(wǎng)絡(luò)的可靠通信，還可以大大提高網(wǎng)絡(luò)的通信效率，節(jié)省能耗。由于智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)的參數(shù)具有緩慢變化的特性，因此本系統(tǒng)的通信協(xié)議采用“詢問(wèn)-應(yīng)答”方式，采用這種方式不僅可以避免數(shù)據(jù)并發(fā)所造成的通信阻塞，還可以很好地對(duì)應(yīng)答節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效的監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障節(jié)點(diǎn)并進(jìn)行維修。圖7為系統(tǒng)的通信協(xié)議框架。