基于ZigBee的溫室監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)關設計

引言
溫室監(jiān)控系統(tǒng)用于實時監(jiān)測室內溫度、濕度、CO2濃度等環(huán)境參數(shù)，以便做出相應調整，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)絡覆蓋范圍內進行環(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)絡技術。2節(jié)5號電池即可使ZigBee射頻芯片工作6～24個月。
本設計采用ZigBee技術組建無線局域網(wǎng)，并通過網(wǎng)關接人到以太網(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)設計
溫室監(jiān)控系統(tǒng)的結構示意圖如圖1所示。系統(tǒng)由無線傳感節(jié)點、嵌入式網(wǎng)關、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的環(huán)境參數(shù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至網(wǎng)關節(jié)點。嵌入式網(wǎng)關承擔網(wǎng)絡管理的功能，主要負責組建ZigBee無線網(wǎng)絡并將傳感節(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 硬件設計
整個系統(tǒng)涉及ZigBee網(wǎng)絡和以太網(wǎng)，為了使2個網(wǎng)絡能相互通信，需要建立網(wǎng)關。本文用嵌入式BOA服務器作為2個網(wǎng)絡的信息中轉站，以實現(xiàn)網(wǎng)關的功能。BOA服務器是一個小巧高效的Web服務器，運行于Unix或Linux系統(tǒng)下，支持CGI的、適合用于嵌入式系統(tǒng)的單任務的HTTP服務器。
2．1 網(wǎng)關硬件設計
嵌入式BOA服務器可以在嵌入式Linux操作系統(tǒng)的支持下進行設計。網(wǎng)關硬件結構如圖2所示。

網(wǎng)關硬件包括如下部分：
①S3C2440A，Samsung公司的一款基于ARM920T內核的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仿真調試接口，支持ADS等集成開發(fā)環(huán)境利用JTAG調試接口對整個硬件電路進行軟件開發(fā)和調試。
⑥UART接口，連接CC2430射頻芯片以實現(xiàn)ZigBee無線局域網(wǎng)絡與以太網(wǎng)的互聯(lián)。