【正文】 SD 卡 接口電路 19 器，一個真正的單片、全雙工的以太網(wǎng)解決方案，內(nèi)部集成了以太網(wǎng)電路所要的所有數(shù)字和模擬電路。 系統(tǒng)存儲模塊 FLASH 存儲器 圖 S3C2410X 內(nèi)存映射結(jié)構(gòu) 17 開發(fā)板采用了 三星公司的 64M 8bit 的 K9F1208UDM NAND Flash，相對與NOR Flash 來說，價格低廉的 NAND Flash 應(yīng)用越來越多，但是 NAND Flash接口復(fù)雜，對于一般的接口控制比較復(fù)雜。 可以穩(wěn)定運行在 266MHz，可以運行 Linux 和 Windows CE等需要 MMU 的嵌入式操作系統(tǒng)。 Linux 還 可以 根據(jù)需要靈活 裁減 內(nèi)核大小以減少它的體積。 ?C/OSⅡ 的缺點是可提供的 API 函數(shù)接口相對較少，很多工作需要用戶自己去完成 (， 20xx)。 1） WinCE WinCE 是一個簡潔的、高效率的多平臺操作系統(tǒng)。 3)芯片內(nèi)存儲器的容量 大多數(shù)的 ARM微 處理器片內(nèi)存儲器的容量都不太大，需要用戶在設(shè)計系統(tǒng) 時外擴存儲器 。 5)擴展性 隨著需求的不斷提高，以后會增加定位等其他功能，這就要求網(wǎng)關(guān) 是一個開放、易于擴展的系統(tǒng)，只需要在現(xiàn)有系統(tǒng)上增加一些軟、硬件模塊，就能實現(xiàn)特定的需要，便 于系統(tǒng)的升級維護。 茶園的這些地形 、 地貌 ， 茶樹特征 ，決定 網(wǎng)關(guān)的系統(tǒng)性能、通信方式等設(shè)計時要滿足以下幾方面的要求： 中央處理器 簇內(nèi)連接模塊 簇 外 連接 模塊 存儲模塊 電源 模塊 圖 WSNs 網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)框圖 10 1)可靠性 網(wǎng)關(guān) 在 整個 茶園旱情 監(jiān)測系統(tǒng)起著承上啟下的重要作用 ，是聯(lián)系無線環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)與外部網(wǎng)絡(luò)的橋梁，如果網(wǎng)關(guān)節(jié)點出現(xiàn)了故障或者癱瘓等無法正常工作的情況，雖然網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部可以通過 WSNs 的自組織性重新組成 旱情 監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，但卻無法將 茶園旱情數(shù)據(jù) 傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，因此，對網(wǎng)關(guān)的 可靠性提出了較高的要求。 WSNs 同時可以疊加與傳感器節(jié)點相同的射頻收發(fā)模塊，用于接收傳感器節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)和向傳感器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)， 即圖 簇內(nèi)連接部分。同時，還可以封裝成短消息發(fā)送至移動終端用戶 （于海斌， 20xx） 。軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性。整個嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖 所示 ： 嵌入式應(yīng)用軟件 嵌入式操作系統(tǒng) 嵌入式處理器 嵌入式外圍設(shè)備 嵌入式硬件平臺 圖 嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 8 嵌入式系統(tǒng)與通用計算機系統(tǒng)相比具有以下特點 （鄭靈翔 ， 20xx） : 1） 嵌入式系統(tǒng)是面向特定系統(tǒng)應(yīng)用的。 7 2 WSNs 茶園旱情監(jiān)測 網(wǎng)關(guān)總體設(shè)計 概述 網(wǎng)關(guān)的定義 在計算機網(wǎng)絡(luò)中， 網(wǎng)關(guān) (Gateway)稱為網(wǎng)間連接器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器，在使用不同的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或語言，甚至體系結(jié)構(gòu)完全不同的兩種系統(tǒng)之間充當“翻譯器”的角色，是一種充當轉(zhuǎn)換重任的計算機系統(tǒng)或設(shè)備 (謝希仁， 20xx)。無線通信存在的問題是易受到網(wǎng)絡(luò)覆蓋面及資費問題困擾。這種網(wǎng)關(guān)價格低廉、運行可靠、可以實時傳輸數(shù)據(jù) （李晶， 20xx） 。網(wǎng)關(guān)硬件選取集成以太網(wǎng)接口的 ARM9芯片 STR912 與 CC2430 無線模塊為核心進行擴展設(shè)計；應(yīng)用地址適配層及應(yīng)用協(xié)議層的提出 ，使得網(wǎng)間地址、協(xié)議在應(yīng)用層統(tǒng)一起來并很容易擴展到其他網(wǎng)絡(luò)。此外 ,分析了引導(dǎo)加載程序的引導(dǎo)過程 ,并在自主設(shè)計的網(wǎng)關(guān)上實現(xiàn)了 Blob 的移植。哈佛大學的科研人員曾經(jīng)在位于厄瓜多爾境內(nèi)的唐古拉瓦火山 (voleanThngnrahua)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 網(wǎng)關(guān) ，通過接入 無線MODEM 將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到 9 公里外火山監(jiān)測站的 PC 上 （ WernerAllen G， 20xx） 。但未見茶園相關(guān)應(yīng)用的報道。 WSNs利用放置于監(jiān)測場景中的大量傳感器節(jié)點 ， 對監(jiān)測對象進行協(xié)作化的信息感知和采集。灌溉系統(tǒng)自動化的水平較低，這也是制約我國高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要原因。通過建立交叉編譯環(huán)境， Bootloader、 Linux 內(nèi)核和 JFFS2 文件系統(tǒng)的移植搭建軟件平臺，并 完成 了相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序 的移植 ，設(shè)計了應(yīng)用軟件實現(xiàn)利用串口通信實現(xiàn)對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中匯聚節(jié)點數(shù)據(jù)的實時采集、處理、存儲；利用 有線 以太網(wǎng)和無線通信網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)信息的傳輸載體，向遠程終端發(fā)送傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)。而 WSNs 要真正投入使用，則不能完全孤立存在，需要通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備接入外部網(wǎng)絡(luò)，提供用戶對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠程訪問和監(jiān)測。另一方面，我國水資源的分步很不平衡 （王穎杰， 20xx） 。 茶葉消費市場的潛力 巨大，大面積種植茶樹，發(fā)展茶產(chǎn)業(yè)，不失解決“三農(nóng)”問題的重要思路。 歐盟 ISI啟動了 Wirelesslnfo項 （ 1998~20xx），期望運用 GSM/GPRS/HSDCS無線通信技術(shù)，建立先進農(nóng)林管理多媒體服務(wù)系統(tǒng)；Digital Sun 公司開發(fā)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自動灑水系統(tǒng)， 傳感器感應(yīng)土壤的水分， 并在設(shè)定條件下與接收器通信， 控制灌溉系 統(tǒng)的閥門打開、關(guān)閉， 從而達到自動節(jié)水灌溉的目的；澳大利亞的 CSRIO ICT Center 將無線傳感器節(jié)點安置在動物身體上對動物的生理狀況（脈搏、血壓等） 和外界環(huán)境進行監(jiān)測， 避免了有線線路對動物生活的干擾， 研制成完善的草地放牧與動物模型 （王殊， 20xx） ； 韓國信息交通大學時嵌入式系統(tǒng)實驗室用 WSN搭建了自動農(nóng)業(yè)系統(tǒng) （ Seongeun Yoo， 20xx） 如圖 ，該系統(tǒng)部署在韓國 Dongbu Handong 種子研究中心的大白菜溫室大棚，包括：用于監(jiān)測和控制溫室環(huán)境的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，用于 管理 WSNs的管理子系統(tǒng)，已經(jīng)用于訪問管理子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的各種手持設(shè)備（如 PDA）。其中，轉(zhuǎn)發(fā)功能是 PC 利用網(wǎng)卡接入外部網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的。 段渭軍等（ 20xx）針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng) Sink 網(wǎng)關(guān)的不足，提出了一種基于PDA 的移動 Sink 網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)方案，重點討論了 PDA 與 Sink 節(jié)點之間的連接， PDA 與 Sink 節(jié)點、 PDA 與 GPS 接收機及 PDA 與控制終端之間通信的一些關(guān)鍵技術(shù)。本系統(tǒng)在 ARM9 STR912FW44X 處理器上移植μ COSⅡ操作系統(tǒng)和無線射頻收發(fā)模塊 cc2430 搭建網(wǎng)關(guān)開發(fā)平臺。 ? 基于無線通信的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān) 對于工作點多、通信距離遠、環(huán)境惡劣且實時性和可靠性要求比較高的場合，可以利用無線通信網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)主控站與各個子站之間的數(shù)據(jù)通信，采用這種遠程數(shù)據(jù)傳輸方式有利于解決復(fù)雜連線，無需鋪設(shè)電纜或光纜 ，降低了環(huán)境成本。 一個行之有效的解決方法是配置體積小、功耗和成本較低且可以靈活部署的 嵌入式 WSNs 網(wǎng)關(guān)，由網(wǎng)關(guān)處理所獲取的信息并進行轉(zhuǎn)發(fā)工作。該課題的 具 體內(nèi)容是在茶園部署無線傳感器節(jié)點，組建 WSNs，在線監(jiān)測茶樹的旱情程度。 目前國內(nèi)的一個普遍被認同的定義是 ： 以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。只有這樣才一能適用嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的需要，在產(chǎn)品價格性能等方面具備競爭力。計算機和網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)全面滲透到日常生活的每個角落。 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)收發(fā)要比數(shù)據(jù)處理消 耗大得多的能量，一般先將數(shù)據(jù)進行處理后，再進行傳送，因此對處理器計算能力要求很高。 茶園種植密度主要的有兩種 ： 一是單行條栽茶園，種植行距 150cm，叢距 33cm，每畝種植約 1350叢。和簇內(nèi)通信采用與節(jié)點相同的通信的方式，而與簇外通信可以選擇有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)和 GPRS 方式。 2)系統(tǒng)的工作頻率 系統(tǒng)的工作頻率在很大程度上決定了 ARM微處理器的處理能力。所有這些迫切需要有一個屏蔽底層硬件的、功能強大的操作系統(tǒng)來支持。 Vxworks 的缺點是 操作系統(tǒng)本身以及開發(fā)環(huán)境都是專有的，軟件的開發(fā)和維護成本高 （ 李方敏， 20xx） 。世界各地的 開源愛好者 為 Linux 編寫各種各樣的驅(qū)動程序和應(yīng)用軟件，使得 Linux 不僅只是一個內(nèi)核，而是一個包括系統(tǒng)管理工具、完整的 開發(fā)環(huán)境、開發(fā)工具及應(yīng)用軟件在內(nèi)的操作系統(tǒng) （鄭靈翔， 20xx） 。 3 網(wǎng)關(guān) 硬件 平臺 為了為了縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本， 茶園 WSNs 旱情監(jiān)測網(wǎng)關(guān) 采用的北京瑞 15 泰創(chuàng)新科技有限公司的 ICETEK_ARM9_S3C2410 開發(fā)板 作為 硬件平臺 。其中 Bank0到 Bank5 的起始地址和結(jié)束地址都是固定的，可 將 ROM 或 SRAM 類型的外圍設(shè)備或 存儲器件映射到這里。 HY57V561620 是 16 位的 SDRAM，在這里用 兩 片 HY57V561620 組合構(gòu)成了 32 位數(shù)據(jù)總線的 SDRAM。 AVSS01nELCS2EECS3EESK4EEDATAOUT5EEDATAIN6nCHAIPSEL7DVSS18DVDD19DVSS1A10DMARQ211nDMACK212DMARQ113nDMACK114DMARQ015nDMACK016nCSOUT17SD1518SD1419SD1320SD1221DVDD222DVSS223SD1124SD1025S D 926S D 827n M E M W28n M E M R29IN T R Q 230IN T R Q 131IN T R Q 032n IO C S 1633n M E M C S 1 634IN T R Q 335n S B H E36S A 037S A 138S A 239S A 340S A 441S A 542S A 643S A 744S A 845S A 946S A 1047S A 1148n R E F R E S H49S A 1250SA1351SA1452SA1553SA1654DVSS355DVDD356DVSS3A57SA1758SA1859SA1960nIOR61nLOW62AEN63IOCHRDY64SD065SD166SD267SD368DVDD469DVSS470SD471SD572SD673SD774RESET75n T E S T76n S L E E P77n B S T A T /n H C l78D I+79D I80C I+81C I82DO+83DO84AVDD285A V S S 286T X D +87T X D 88A V S S 189AVDD190R X D +91R X D 92R E S93A V S S 394AVDD395A V S S 496X T A L 197X T A L 298n L I N K E / nH C 099n L A N L E D1 00U9C S 89 0 0U1C S 89 0 0ld d r[ 0. ..9 ]L A D D R [ 0. ..9 ]L A D D R 0L A D D R 1L A D D R 2L A D D R 3L A D D R 4L A D D R 5L A D D R 6L A D D R 7L A D D R 8L A D D R 9L A D D R 1 0L A D D R 1 1L A D D R 1 2L A D D R 1 3L A D D R 1 4L A D D R 1 5L A D D R 1 6L A D D R 1 7L A D D R 1 8L A D D R 1 9LDATA0LDATA1LDATA2LDATA3LDATA4LDATA5LDATA6LDATA7L D A T A 8L D