网络节点硬件选型

无线传感网络节点的核心部分为处理器与传感器,在整个监控系统中无线传感网络负责对大棚环境信息的采集与传送,其网络节点设备的处理器芯片直接影响到节点采集数据的效率,进而影响到整个无线传感网的工作效率。传感器做为信息的感知设备,传感器的性能直接

       无线传感网络节点的核心部分为处理器与传感器,在整个监控系统中无线传感网络负责对大棚环境信息的采集与传送,其网络节点设备的处理器芯片直接影响到节点采集数据的效率,进而影响到整个无线传感网的工作效率。传感器做为信息的感知设备,传感器的性能直接影响到采集到的初始数据的准确性。

1  网络节点设备处理器的选择

        近年来随物联网的发展[35-37],使得无线通信网络也得到了快速发展,而目前在无线通讯技术的发展过程中,无线片上系统 SOC 凭借其低功耗和低成本的优势被广泛的应用在无线传感网络的硬件设备中。无线片上系统采用了将软件和硬件结合在一起的设计理念进行设计,为了达到处理器芯片较好的扩展性和可移植型,采用了嵌入式技术和 IP 复用技术。随着 Zig Bee 无线通信技术的发展,以 Zig Bee 协议为基础的处理器芯片也被开发出来。目前支持 Zig Bee 协议栈的处理器有很多种,本文使用CC2430芯片。

2  CC2430 芯片介绍

        CC2430 芯片是由美国 TI 公司开发的基于 Zig Bee 协议和 802.15.4 协议的一款无线通讯集成芯片,同系列的产品还有 CC2480 和 CC2530。 
       CC2430 芯片具有以下优点 :低功耗、低成本和高处理速度,休眠模式下电流仅为 0.9u A,内核采用增强型 8051,处理速度快。 工作电压的有效范围宽,2.0V 到 3.6V 之间的电压均可驱动 CC2430 芯片正常运行和 工作。 内部具有工作电压监测和温度感知功能,可以及时了解芯片的工作温度。

3  无线传感网络节点硬件设计

       无线传感网络节点硬件根据其实现的功能需要路由器节点和终端节点。终端节点设备需要集成传感器模块用于测量环境相关参数,它是信息采集的最低端设备,也是整个监控系统数据的来源,负责对大棚环境信息的采集和无线发送。路由器设备不仅要完成大棚环境信息的采集还要负责转发附近节点的网络信息,维持整个网络的信息传输。

3.1  终端节点硬件设计

       传感器节点处于监控系统的最底层,是完成大棚环境信息采集的基本功能单元,同时也是 Zig Bee 无线传感网络的重要组成部分。传感器节点硬件主要包括 CC2430 微处理器模块、传感器模块、无线收发模块、电源模块和复位电路。微处理器负责对各个模块的工作进行协调管理,使传感器节点正常工作,传感器节点硬件结构框图。
       无线收发模块,在 CC2430 微处理器内部,为了便于无线传输功能的开发,设计过程中集成了一对射频发送器和接收器,只需在 CC2430 微处理的 32(RF_P)管脚和34(RF_N)管脚接震荡电路即可实现信息的无线收发。硬件结构。
        电源电路,传感器节点中 CC2430 微处理器的供电电压是 2.0V-2.6V 之间,传感器节点采用两节干电池供电,在供电的线路中加入电容滤波完成电压模块的供电功能。

3.2  路由器节点硬件设计

       路由器节点的硬件设备以 CC2430 为核心,由于其路由转发功能,是网络中的主要控制节点,即拥有传感器节点采集环境信息的功能,同时还要具备路由转发功能。路由器节点通过写入路由表来完成路由转发功能,其硬件结构与传感器节点是一样的不同点在于路由器节点中加入了路由表,能够根据路由表信息按照相应路由转发规则进行数据包转发。路由器的硬件结构。
网络节点硬件选型

4  监测终端硬件设计

       农业大棚监控系统的监测终端分为两种类型,一种是用在工作室里进行监测的 PC监控终端,方便监控室内的固定监测场合,另一种是可移动的嵌入式手持监测终端,应用于管理人员在移动过程中的实时查看农业大棚内环境数据的场合。两种监测终端分别应用于不同的工作场景。

4.1 PC 监测终端设计

       PC 监测终端主要通过一台 PC 机与无线传感网络中的协调器节点连接,协调器节点通过串口通讯实现协调器与上位机(PC 机)之间的信息传输。传感器节点采集到农业大棚内的环境信息后通过 Zig Bee 协议传输给路由节点,路由节点通过数据转发最终汇总至协调器节点,协调器节点通过有线传输,将数据最终传输给 PC 机,由 PC 机上的界面显示应用程序对数据进行处理后,显示出来。

4.2  嵌入式手持监测终端硬件设计

        嵌入式系统常被应用在物联网中的节电设备中,在硬件方面主要采用嵌入式处理器,在一些嵌入式技术上主要应用嵌入式传感器技术,人工智能技术以及嵌入式终端技术,同时应用较多的包括一些智能传感器,智能传感器一般采用嵌入式软硬件设计。
       嵌入式手持终端硬件包括 LPC2103 微处理器、按键电路、晶振电路、CC2430通讯模块和液晶显示电路。按键电路负责完成人机交互,供操作人员进行命令输入,液晶显示负责监测数据的显示和操作界面的可视化工作,CC2430 通讯模块负责与所建无线传感网络中的传感器节点进行无线通讯,从而获得传感器节点采集到的大棚内的环境参数包括温度和湿度。系统的硬件设计框图。

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