基于茶园旱情监测系统的WSN网关设计

　　0 引言

　　干旱缺水历来是制约我国农业生产发展的主要因素，南方省份如广东，尽管年降雨量充足，但季节性缺水仍然严重，粤北、粤西地区尤为突出。茶树对土壤含水量的要求较高，水分不足或过多均不利于茶树生育，因而建立茶园旱情监测系统，将为解决茶园合理灌溉的问题提供了科学依据。

　　近年来，无线传感器网络(WSN)技术迅速兴起，成为国内外研究的热点领域之一。WSN中的网关负责接收来自节点发送的数据，并将数据进行修正、融合等处理，然后通过以太网或GPRS等网络基础设施将数据接入Internet网络，传送至远程终端，同时对远程终端所发出的指令进行及时处理和反应。目前，国内外对于信息远距离传输的WSN网关技术已进行了初步的研究。美国的Crossbow公司曾推出具有以太网通信功能的汇聚节点产品并得到应用。哈佛大学的科研人员曾经在位于厄瓜多尔境内的唐古拉瓦火山(volean thngnrahua)附近部署了小范围的无线传感器网络，采集次声波信号并传送至汇聚节点，通过接入无线Modem将数据转发到9 km外火山监测站的PC机上。国内一些大学和科研机构也提出了有关解决方案，比较典型的是基于有线通信方式的以太网和无线通信方式的GPRS，CDMA等WSN网关，也有利用公共电话网(PSTN)，采用拨号方式建立临时连接方式实现远程数据传输的网关。

　　这里的目的是设计、开发一种适合于山地茶园旱情的WSN网关。

　　1网关系统的硬件设计

　　系统的硬件组成框图如图1所示。由CPU、存储模块、本地连接模块、簇内网络连接模块以及簇外网络连接模块组成。

　　系统采用三星公司的S3C2410作为CPU。S3C2410是一款基于ARM920T内核的16/32位RISC嵌入式处理器，内部有内存管理单元(memory managerunit，MMU)，可以稳定运行在266 MHz。

　　存储模块由FLASH存储器、SDRAM以及SD卡组成。其中，FLASH 7存储器采用三星公司的K9F1208UDM NAND FLASH;内存SDRAM部分采用Hynix Semiconductor公司的HY57V561620芯片;S3C2410带有SD卡接口，系统扩展出SD卡插槽，用SD卡扩展数据存储空间。

　　本地连接模块由串口电路、USB接口电路以及JTAG接口电路3部分组成。串口电路用于系统调试以及连接(自身)汇聚节点的DB51针扩展接口。USB接口用来连接USB设备，以及实现与工作站连接、下载Linux内核等功能。该模块还提供了JTAG接口，方便用户进行JTAG调试。

　　簇内网络连接模块主要负责网关与汇聚节点的连接，汇聚节点通过DB51针连接器与网关本地连接模块中DB9串口连接，实现了网关与汇聚节点的连接功能。

　　簇外网络连接模块的功能是实现网关系统利用以太网或GPRS网络接入Internet进行数据传输，供远程终端进行数据查询以及远程监控。簇外连接模块由以太网接口电路以及GPRS接口电路组成。