基于ZigBee的温室监控系统网关设计

　　引言

　　温室监控系统用于实时监测室内温度、湿度、CO2浓度等环境参数，以便做出相应调整，使作物处于最佳环境中生长。现有的无线温室监控系统大多在无线局域网络覆盖范围内进行环境信息监测，传输范围有限，且功耗和成本较高。

　　ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低成本的无线网络技术。2节5号电池即可使ZigBee射频芯片工作6～24个月。本设计采用ZigBee技术组建无线局域网，并通过网关接人到以太网。不但很好地解决了功耗和成本问题，而且也有效扩展了数据的传输范围。

　　1 系统设计

　　温室监控系统的结构示意图如图1所示。系统由无线传感节点、嵌入式网关、人机交互界面3个部分组成。无线传感节点通过连接传感器来获得相应的环境参数，并将数据发送至网关节点。嵌入式网关承担网络管理的功能，主要负责组建ZigBee无线网络并将传感节点传回的数据上传至以太网中。人机交互界面的作用是将这些数据实时地显示在网页上，也可以通过网页进行远程控制。

　　无线局域网中的各传感器节点采集温度、湿度、C02浓度等环境信息，经网关处理后，监控终端计算机通过IE浏览器即可访问这些数据，从而实现远程监控环境信息。

　　2 硬件设计

　　整个系统涉及ZigBee网络和以太网，为了使2个网络能相互通信，需要建立网关。本文用嵌入式BOA服务器作为2个网络的信息中转站，以实现网关的功能。BOA服务器是一个小巧高效的Web服务器，运行于Unix或Linux系统下，支持CGI的、适合用于嵌入式系统的单任务的HTTP服务器。

　　2.1 网关硬件设计

　　嵌入式BOA服务器可以在嵌入式Linux操作系统的支持下进行设计。网关硬件结构如图2所示。

　　网关硬件包括如下部分：

　　①S3C2440A，Samsung公司的一款基于ARM920T内核的32位RISC嵌入式微处理器，运行频率可达400 MHz。

　　②256MB Flash，存储Bootloader和Linux操作系统以及文件系统。

　　③64MB SDRAM，作为系统运行时的程序和数据存储器。

　　④DM9000A网络控制器，提供以太网连接功能，以满足用户通过TCP/IP以太网进行实时的数据交互。

　　⑤JTAG仿真调试接口，支持ADS等集成开发环境利用JTAG调试接口对整个硬件电路进行软件开发和调试。

　　⑥UART接口，连接CC2430射频芯片以实现ZigBee无线局域网络与以太网的互联。

　　2.2 ZigBee节点硬件设计

　　ZigBee节点硬件结构如图3所示，主要由CC2430射频芯片和传感器构成。

　　CC2430芯片整合了高性能2.4 GHz DSSS(直接序列扩频)射频收发器内核和工业标准的增强型8051 MCU，还包括了8 KB的SDRAM、128 KB的Flash，是一种片上系统(SoC)解决方案。