專利名稱：農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精細(xì)農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)。
背景技術(shù)：
我國在土地資源利用中存在土地資源退化、土地污染嚴(yán)重等問題；另一方面，我國 水資源時(shí)空分布不均，水資源利用率低，嚴(yán)重威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。因此發(fā)展精細(xì)農(nóng)業(yè)，改變現(xiàn)有 的耕作模式，提高單位面積的產(chǎn)出有非常大的潛力。“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)思想的核心就是分析 影響作物生長的環(huán)境因素(如土壤結(jié)構(gòu)、地形、植物營養(yǎng)、含水量、病蟲草害等)，采取經(jīng)濟(jì) 有效的調(diào)控措施，按需實(shí)施定位調(diào)控?！熬?xì)農(nóng)業(yè)”主要包括信息獲取、信息處理與分析、決 策三個(gè)階段。后兩個(gè)階段技術(shù)已很成熟，而第一個(gè)階段，現(xiàn)在還主要采用傳統(tǒng)的人工方式。近年來興起的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN-Wireless Sensor Network)系統(tǒng)，為精細(xì)農(nóng) 業(yè)高效、快速的信息獲取技術(shù)提供了一個(gè)很好的解決方案，已成為當(dāng)前國際上的一個(gè)研究 熱點(diǎn)。WSN與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的過程中，網(wǎng)關(guān)處于承上啟下的地位，是數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹?樞節(jié)點(diǎn)。因此開發(fā)一個(gè)快速、有效、低成本地獲取農(nóng)田中的各種有用信息的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)對精 細(xì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展有重要意義。世界各國對WSN研究正熱，但在網(wǎng)關(guān)方面并不是很多，2003年 Intel公司提出將Mobile Robots用作WSN的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的方法，2003年韓國弘益大學(xué)在PC 機(jī)上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。對于網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的研究，國內(nèi)各大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)也取得了一定的 進(jìn)展。中國礦業(yè)大學(xué)的江海峰等人，將基于高性能網(wǎng)絡(luò)處理器和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的網(wǎng) 關(guān)解決方案，應(yīng)用于礦井下的信息采集。北京郵電大學(xué)的蔡皓等設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種可以通 過以太網(wǎng)、公共電話網(wǎng)以及GPRS網(wǎng)絡(luò)等多種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的WSN網(wǎng)關(guān)。但各種網(wǎng)關(guān)的 專用性很強(qiáng)，并不適合于在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用。北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院蔡皓研發(fā)的“具有多種通信方式的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng) 關(guān)”(國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助(2006AA012222))的網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì) 在硬件上選取ARM7系列的S3C44BoX芯片為中央處理器，外圍電路主要包括存儲(chǔ)器系統(tǒng)、 串行通信接口、以太網(wǎng)接口、時(shí)鐘系統(tǒng)和其他電路系統(tǒng)。其中在設(shè)計(jì)串行通信接口電路 時(shí)，除了使用CPU自帶的2通道通用異步收發(fā)器(Universal Asynchronous Receiver/ Transmitter,UART)外，還利用EXAR公司生產(chǎn)的異步通信芯片ST16C5M擴(kuò)展出兩個(gè)串口， 分別連接匯聚節(jié)點(diǎn)和GPRS模塊。網(wǎng)關(guān)通信軟件分為兩個(gè)模塊，即網(wǎng)關(guān)與匯聚節(jié)點(diǎn)通信模塊以及網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡(luò) 通信模塊。網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡(luò)的通信主要是指將WSN的數(shù)據(jù)完成轉(zhuǎn)換后進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，可以靈活 選擇以太網(wǎng)、MODEM以及GPRS通信方式。在進(jìn)行網(wǎng)關(guān)應(yīng)用軟件總體設(shè)計(jì)時(shí)，為了提高系統(tǒng) 的運(yùn)行效率，利用μ Clinux對多線程機(jī)制的支持，將網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用軟件劃分為5個(gè)并行的線 程實(shí)現(xiàn)。分別為網(wǎng)關(guān)-匯聚節(jié)點(diǎn)通信線程、以太網(wǎng)通信線程、MODEM通信線程、GPRS通信 線程、短消息發(fā)送線程。在設(shè)計(jì)網(wǎng)關(guān)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間的串口通信程序時(shí)，首先需要了解數(shù)據(jù)包的格式、長度、以及每個(gè)字節(jié)所代表的意義。其次，打開串口 /dev/ttyS3并設(shè)置屬性波特率為57600， 8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位，無校驗(yàn)。最后，調(diào)用readO函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取與存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)包讀 取完成后，調(diào)用相應(yīng)的轉(zhuǎn)換函數(shù)將這些原始數(shù)據(jù)解析為用戶可知的信息，例如溫度、光強(qiáng)、 電池電壓值等存儲(chǔ)在發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)。利用socket機(jī)制設(shè)計(jì)以太網(wǎng)通信軟件，考慮到對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸筝^高，采 用面向連接的TCP客戶機(jī)-服務(wù)器模型；MODEM通信方式主要是利用公共電話網(wǎng)(PSTN)作 為數(shù)據(jù)傳輸載體，與socket通信邏輯過程大體相似；在網(wǎng)關(guān)的GPRS通信方式設(shè)計(jì)中，利用 SIM-COM公司生產(chǎn)的SIMlOO模塊實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的接入。該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)很好地發(fā)揮了網(wǎng)關(guān)的強(qiáng)大功能，集成以太網(wǎng)、MODEM以及 GPRS多種通信方式，搭建起WSN與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的橋梁。該網(wǎng)關(guān)沒有數(shù)據(jù)本地存儲(chǔ)與查詢的功能，不能解決由于網(wǎng)絡(luò)異常所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟 失問題；另外，該網(wǎng)關(guān)沒有人機(jī)交互界面，不能靈活進(jìn)行程序調(diào)試。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可實(shí)現(xiàn)快速、可靠、低成本的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境 信息的遠(yuǎn)程采集的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)。(二)技術(shù)方案為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)，該網(wǎng)關(guān) 包括控制模塊，用于控制無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、顯示、查詢、 以及遠(yuǎn)程傳輸；通信模塊，與所述控制模塊相連，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信， 以及為網(wǎng)關(guān)提供無線上網(wǎng)功能；存儲(chǔ)模塊，與所述控制模塊相連，用于將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中 各傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于SQLite數(shù)據(jù)庫中。其中，所述控制模塊進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)交換模塊，用于控制無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各傳 感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集、以及存儲(chǔ)；數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳模塊，用于控制所述存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的遠(yuǎn) 程傳輸；傳感器驅(qū)動(dòng)模塊，用于驅(qū)動(dòng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各傳感器節(jié)點(diǎn)；數(shù)據(jù)接收模塊，用于 調(diào)試所述通信模塊的通信以及處理通過所述通信模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)；圖形用戶接口模塊，用 于接收無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、顯示、查詢及遠(yuǎn)程傳輸?shù)目刂泼?令，以及顯示所述存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)、顯示對所述數(shù)據(jù)的查詢。其中，所述圖形用戶接口模塊應(yīng)用MINI⑶I工具。其中，所述通信模塊進(jìn)一步包括GPRS通信單元，通過串口與所述控制模塊相連， 用于連接移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，為網(wǎng)管提供無線上網(wǎng)功能JN5121通信單元，通過串口與所述控 制模塊相連，內(nèi)嵌ZigBee協(xié)議，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信。其中，該網(wǎng)關(guān)還包括電源模塊，用于為網(wǎng)關(guān)的各模塊供電。其中，所述電源模塊進(jìn)一步包括主供電單元，用于為所述控制模塊以及存儲(chǔ)模塊 供電；GPRS供電單元，用于為所述GPRS通信單元供電。其中，該網(wǎng)關(guān)還包括USB接口，與所述控制模塊以及電源模塊均相連。其中，所述存儲(chǔ)模塊進(jìn)一步包括動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元、靜態(tài)存儲(chǔ)單元以及通過所述USB 接口與所述控制模塊相連的USB存儲(chǔ)單元。
其中，該網(wǎng)關(guān)還包括JTAG接口，與所述控制模塊相連。其中，所述控制模塊選用三星公司生產(chǎn)的基于ARM公司的ARM920T處理器核 S3C2410 芯片。(三)有益效果本發(fā)明適應(yīng)于農(nóng)田信息采集過程中的多種需要，為較大面積農(nóng)田信息的快速采 集提供了較好的解決方案，可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)田信息的自動(dòng)獲取、傳輸和管理，利用WSN技術(shù)、 MINI⑶I圖形用戶接口以及GPRS技術(shù)共同搭建了一個(gè)多功能、嵌入式智能網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。其具 有優(yōu)點(diǎn)如下1、農(nóng)田信息采集自動(dòng)化利用ZigBee WSN技術(shù)，該網(wǎng)關(guān)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)WSN的管理和控制，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田信息采 集的自動(dòng)化。2、嵌入式系統(tǒng)易維護(hù)性本發(fā)明以操作系統(tǒng)Linux為平臺(tái)，開發(fā)了與功能配套的各個(gè)嵌入式基礎(chǔ)模塊。各 模塊通過Linux系統(tǒng)提供的有名管道FIFO進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田信息采集過程中所需的各 種功能。各功能模塊之間具有高內(nèi)聚、低耦合的特點(diǎn)，保證了各模塊的易維護(hù)性。3、高度的靈活性和廣泛的適應(yīng)性本發(fā)明將農(nóng)田信息采集與傳輸所需要的各種模塊都集成到該智能網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)中，功 能齊全，可根據(jù)需要針對不同農(nóng)田目標(biāo)和不同采樣分辨率隨時(shí)調(diào)節(jié)采樣方案，均能夠保證 采集數(shù)據(jù)的可靠性和高效性。將對農(nóng)田作業(yè)的影響降低到了最小的程度，GPRS網(wǎng)絡(luò)可以滿 足現(xiàn)有WSN的數(shù)據(jù)傳輸速率要求，使得網(wǎng)關(guān)可以在沒有以太網(wǎng)的情況下使用，擴(kuò)大了網(wǎng)關(guān) 的應(yīng)用范圍。4、數(shù)據(jù)本地存儲(chǔ)應(yīng)用SQLite管理網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)，解決了數(shù)據(jù)本地存儲(chǔ)、查詢問題和由于GPRS網(wǎng)絡(luò)和互 聯(lián)網(wǎng)異常導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失問題。5、友好的人機(jī)交互界面窗口程序友好，方便對系統(tǒng)控制，與SQLite數(shù)據(jù)庫結(jié)合完成數(shù)據(jù)的查詢、導(dǎo)出等 操作，滿足一般數(shù)據(jù)管理應(yīng)用。


圖1為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)框圖；圖2-1至2-10為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān) 中核心板的原理圖；圖3為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)中DIMM144 接口原理圖；圖4為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)中USB接口 原理圖；圖5為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)中電源接 口原理圖；圖6為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)中串口接口原理圖；圖7為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)中顯示器 接口及觸摸屏原理圖；圖8為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的控制模 塊的數(shù)據(jù)交換流程圖；圖9為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的控制模 塊中各模塊數(shù)據(jù)流向圖；圖10為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)中控制模 塊的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳流程圖；圖11為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的服務(wù)器 流程圖；圖12為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)實(shí) 時(shí)顯示流程圖；圖13為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的時(shí)間設(shè)
置窗口 ；圖14為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的查詢結(jié) 果顯示流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)，結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明如 下。在本發(fā)明的技術(shù)方案中，將GPRS通信單元、JN5121通信單元和控制模塊三部分集 成研發(fā)一種多功能、嵌入式的智能化網(wǎng)關(guān)，可實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、顯示、查詢 與遠(yuǎn)程傳輸。JN5121通信單元內(nèi)嵌ZigBee協(xié)議，通過串口與網(wǎng)關(guān)相連，提供無線數(shù)據(jù)采集 服務(wù)；控制模塊以ARM9為控制核心，通過串口與GPRS通信單元、JN5121通信單元交換數(shù) 據(jù)，控制模塊上還配有IXD顯示器、觸摸屏和USB接口，可完成信息的顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；網(wǎng)關(guān) 上搭載了 Linux系統(tǒng)，負(fù)責(zé)多任務(wù)調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)管理，并移植了 SQLite數(shù)據(jù)庫和MINI⑶I，為 用戶提供數(shù)據(jù)庫服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)交互功能。如圖1所示，依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)關(guān)包括控 制模塊、存儲(chǔ)模塊、通信模塊、以及電源模塊?？刂颇K，用于控制WSN中各傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、顯示、查詢、以及遠(yuǎn)程 傳輸。本發(fā)明中優(yōu)選選用三星公司生產(chǎn)的基于ARM9的ARM920T處理器核S3C2410芯片作 為控制模塊。通信模塊，通過串口與控制模塊相連，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)與WSN的通信，以及為網(wǎng)關(guān)提 供無線上網(wǎng)功能，包括GPRS通信單元和JN5121通信單元。由于在農(nóng)田中鋪設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)，一方面不便于耕作，另一方面成本較高。鑒于ZigBee WSN功耗小、成本低、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，JN5121通信單元內(nèi)嵌ZigBee協(xié)議，可與WSN進(jìn)行 通信，支持標(biāo)準(zhǔn)的RS232通信協(xié)議，使得本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)可利用WSN采集農(nóng)田信息，減少了農(nóng) 田中布線的成本和麻煩，可以快速布樣和收集樣本，不影響農(nóng)田作業(yè)的正常進(jìn)行，同時(shí)可根據(jù)需要隨時(shí)增減布樣點(diǎn)以適應(yīng)各不同尺寸的調(diào)查目標(biāo)地塊。這種WSN信息獲取方式使得農(nóng) 田信息的及時(shí)采集和傳輸變得靈活、便捷而且高效。網(wǎng)關(guān)遵循WSN的通信協(xié)議，編寫協(xié)議解析和編碼函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了與WSN正常的通信。 為使網(wǎng)關(guān)具備遠(yuǎn)程通信能力，還需選擇一種無線通信媒介?，F(xiàn)有通信技術(shù)主要包括電視廣 播網(wǎng)、電臺(tái)、衛(wèi)星通信和移動(dòng)通信網(wǎng)。前兩者設(shè)備復(fù)雜且干擾大，而衛(wèi)星通信費(fèi)用過高，移 動(dòng)通信網(wǎng)則是一個(gè)很好的選擇。因此本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)選用GPRS通信網(wǎng)絡(luò)作為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸 的媒介。GPRS通信單元可連接移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為網(wǎng)關(guān)提供無線上網(wǎng)功能。本發(fā)明的 GPRS通信單元選用西門子公司研發(fā)生產(chǎn)的MC55i，它支持永久在線，最大GPRS傳輸速率可 達(dá)85. 6kbps，支持電壓范圍在3. 3V到4. 8V，通話電流為300mA，而閑置時(shí)電流僅為10mA。 MC55i支持標(biāo)準(zhǔn)AT指令集，方便開發(fā)。與此同時(shí)，它內(nèi)置TCP/IP協(xié)議，便于接入互聯(lián)網(wǎng)，加 之體積小(僅為35x32. 5x3. Imm)，重量輕(重6g)的優(yōu)點(diǎn)，使其非常適合應(yīng)用于嵌入式移動(dòng) 設(shè)備當(dāng)中。本發(fā)明之所以采用GPRS網(wǎng)絡(luò)，是因?yàn)樗采w范圍廣，無空間和距離限制，在實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)分組收發(fā)時(shí)，用戶能夠永遠(yuǎn)在線，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。另外，GPRS接入速度快， 一般只需l_3s即可以登陸互聯(lián)網(wǎng)。通過串口與控制模塊相連，無需外圍硬件電路的擴(kuò)展， 僅通過軟控制進(jìn)行管理。存儲(chǔ)模塊，與控制模塊相連，用于將WSN中各傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于 SQLite數(shù)據(jù)庫中。在本發(fā)明中控制模塊S3C2410外圍通過兩片HY57V561620 SDRAM芯片和 一片F(xiàn)LASH芯片，分別為網(wǎng)關(guān)擴(kuò)展了 32位64MB動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)空間和16MB固態(tài)存儲(chǔ) 空間。網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器通過GPRS網(wǎng)絡(luò)通信，通信過程中網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)很重要，為解決由于GPRS網(wǎng) 絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)異常導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失問題，網(wǎng)關(guān)的Linux系統(tǒng)，移植了 SQLite數(shù)據(jù)庫。SQLite 是面向嵌入式的小型數(shù)據(jù)庫，最大可支持2T數(shù)據(jù)庫容量，而其本身只有幾K大小，非常適合 在嵌入式設(shè)備中。SQLite的存儲(chǔ)介質(zhì)為U盤，在沒有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)或通信網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的場 所方便數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)存，防止數(shù)據(jù)的丟失，等到網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后，一起發(fā)送給服務(wù)器。電源模塊，用于為網(wǎng)關(guān)的各模塊供電。包括主供電單元以及GPRS供電單元，主供 電單元為網(wǎng)關(guān)的內(nèi)置電源，可穩(wěn)定工作在5V-40V之間，GPRS供電單元為GPRS通信單元單 獨(dú)供電，以避免瞬時(shí)工作電流突增導(dǎo)致網(wǎng)關(guān)重啟。本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)內(nèi)置的主供電電源由3. 3V 和1. 8V兩路電源構(gòu)成，其中控制模塊采用1. 8V和3. 3V兩路電源，而FLAH和SDRAM采用的 是3. 3V電源。電源質(zhì)量非常重要，它直接關(guān)系到系統(tǒng)能否穩(wěn)定的工作。為了使網(wǎng)關(guān)支持海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)還包括一路USB接口。USB接口的 設(shè)計(jì)，一方面不僅為系統(tǒng)提供了海量存儲(chǔ)空間，還為日后擴(kuò)展和完善應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫等重 要信息提供了足夠大的存儲(chǔ)空間，便于新程序的調(diào)試和運(yùn)行；另一方面，如果在實(shí)際應(yīng)用中 沒有互聯(lián)網(wǎng)的接入點(diǎn)，可先將數(shù)據(jù)緩存在U盤中，方便日后轉(zhuǎn)存至電腦中。本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)還包括JTAG接口，用于向模塊中燒寫各種程序，也是程序的仿真接 口，可以通過它對程序進(jìn)行單步調(diào)試。上述依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的網(wǎng)關(guān)在硬件實(shí)施上，由于S3C2410的工作頻率高 達(dá)200MHZ，屬于高速PCB范圍，需采用阻抗匹配等特殊工藝，單位面積造價(jià)較高。然而，電源 及各種接口電路不僅工作頻率低，而且占用面積大。從節(jié)約成本和方便調(diào)試與維修的角度 考慮，將網(wǎng)關(guān)硬件電路分為核心板和底板兩個(gè)部分?？紤]到方便以后對網(wǎng)關(guān)進(jìn)行功能改進(jìn) 和擴(kuò)展，在進(jìn)行網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能多地引出核心板各種接口。
核心板主要包括一片S3C410芯片(控制模塊)、兩片SDRAM芯片以及一片F(xiàn)LASH 芯片(存儲(chǔ)模塊)、一片邏輯芯片74LV14、一片1. 8V電源芯片(電源模塊)、兩個(gè)晶振和若 干電容電阻。由于S3C2410引腳較多，考慮到方便以后對網(wǎng)關(guān)進(jìn)行功能改進(jìn)和擴(kuò)展，在進(jìn)行 網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能多地引出核心板各種接口。其原理圖如圖2-1至2-10所示。并說 明如下圖2-1所示為接口電路及JTAG由于S3C2410引腳較多，接口部件采用DI匪144連接器，用來與底板連接。DI匪144 有144個(gè)引腳，它可以將S3C2410的大部分針腳引出。本發(fā)明主要用到了 UARTO、UARTl、 I2C, IXD顯示器和觸摸屏等接口。同時(shí)這種卡式插槽易更換，方便軟硬件的更新和修理。圖2-2所示為總線及外圍接口電路本發(fā)明采用32位數(shù)據(jù)總線和沈位地址總線，用來同F(xiàn)LASH和SDRAM建立連接，是 數(shù)據(jù)信號(hào)與地址信號(hào)的通路。其它的為一些控制信號(hào)線。圖2-3所示為部分外圍接口電路這一部分引出了 A/D、串口、I2C、TFCTrans Flash)卡、I2S、串行外圍設(shè)備接口 (Serial Peripheral Interface，SPI)等外圍電路部分。圖2-3中的晶振1為系統(tǒng)提供時(shí) 鐘，晶振2為實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片(Real-Time Clock, RTC)提供基準(zhǔn)。圖2-4所示為中斷及IXD顯示器部分電路在這個(gè)部分主要引出了中斷、IXD顯示器及觸摸屏的接口，可為網(wǎng)關(guān)提供人性化交
互界面。圖2-5所示為電源模塊接口電路核心板上有3. 3V和1.8V兩路電源，其中S3C2410芯片(控制模塊)采用1.8V和 3. 3V兩路電源，而FLAH和SDRAM采用的是3. 3V電源。電源質(zhì)量非常重要，它直接關(guān)系到系 統(tǒng)能否穩(wěn)定的工作。圖2-6所示為復(fù)位電路通過兩個(gè)施密特觸發(fā)器將觸點(diǎn)開關(guān)的信號(hào)波形進(jìn)行調(diào)整后，有效去除抖動(dòng)干擾， 為網(wǎng)關(guān)提供穩(wěn)定的復(fù)位電平。D4、D5這兩個(gè)LED燈，顯示是否已經(jīng)產(chǎn)生了復(fù)位電平。圖2-7所示為SDRAM電路采用兩片HY57V561620并行使用，為網(wǎng)關(guān)提供32位64MB動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)空間。圖2-8所示為FLASH電路采用一片芯片，為網(wǎng)關(guān)提供16MB固態(tài)存儲(chǔ)空間。圖2-9所示為電容電路電容電路為電源濾波，提高電路性能。圖2-10所示Yl為CPU主晶振，提供系統(tǒng)時(shí)鐘。Y2為RTC(實(shí)時(shí)鐘)晶振。U12為 核心板上3. 3V轉(zhuǎn)1. 8V電源，為核心板提供1. 8V電源。底板主要由DMM144接口電路、USB接口、電源、兩路串口及IXD接口組成，通過接 口電路與核心板相連載，為核心作用板提供電源，并接收核心板信號(hào)，完成與GPRS通信單 元和JN5121通信單元的電平轉(zhuǎn)換。如圖3所示，DIMM144接口和核心板進(jìn)行物理和電氣連接，用于將核心板上的有用 信號(hào)與底板電路相連，同時(shí)固定核心板。此外使用標(biāo)準(zhǔn)DIMM144接口，方便插拔，易于維護(hù)。
如圖4所示，USB接口部分實(shí)現(xiàn)與U盤通信功能，由板載5V電源供電，支持USB2. 0 標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，最大支持2G容量。USB接口的設(shè)計(jì)，一方面不僅為系統(tǒng)提供了海量存儲(chǔ)空 間，還為日后擴(kuò)展和完善應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫等重要信息提供了足夠大的存儲(chǔ)空間，便于新程 序的調(diào)試和運(yùn)行；另一方面，如果在實(shí)際應(yīng)用中沒有互聯(lián)網(wǎng)的接入點(diǎn)，可先將數(shù)據(jù)緩存在U 盤中，方便日后轉(zhuǎn)存至電腦中。如圖5所示，該圖為底板電源電路圖，網(wǎng)關(guān)采用開關(guān)電源，開關(guān)電源體積小、重量 輕、功耗小、穩(wěn)壓范圍寬和提供電壓更穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，使其非常適合于便攜式設(shè)備應(yīng)用。電源 接口部分有5V和3. 3V兩路，采用兩片ADJ型的LM2575S，通過其反饋引腳調(diào)節(jié)輸出電壓大 小。外部采用330uL電抗器和470uF電容濾除紋波，為系統(tǒng)提供平穩(wěn)電壓。其中，5V電源 主要為底板的U盤、串口和IXD供電；3. 3V電源接入如圖2-5所示和圖2_10所示的電源電 路，為核心板提供穩(wěn)定電源。如圖6所示，串口采用兩片RS232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，同時(shí)可提高核心板抗干擾能 力。串口 0用于連接GPRS通信單元，為網(wǎng)關(guān)提供互聯(lián)網(wǎng)接口，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信功能。在網(wǎng)關(guān) 的開發(fā)過程中，串口 0還用來連接目標(biāo)機(jī)的宿主機(jī)，用于輸出各種調(diào)試信息。宿主機(jī)通過串 口 0來向目標(biāo)機(jī)發(fā)送各種命令。串口 1用來連接JN5121通信單元，實(shí)現(xiàn)與WSN的通信，完 成數(shù)據(jù)采集。如圖7所示，TFT-IXD采用雙排40針的接口，用于連接IXD顯示器和網(wǎng)關(guān)，Tl、T2、 T3、T4為四個(gè)三級(jí)管，用于驅(qū)動(dòng)觸摸屏。另外，根據(jù)功能的不同，本網(wǎng)關(guān)的控制模塊進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)交換模塊、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳 模塊、CO2傳感器驅(qū)動(dòng)模塊、服務(wù)器數(shù)據(jù)接收模塊以及圖形用戶接口模塊(也稱為主控制 窗口模塊)五個(gè)部分。各個(gè)模塊間通過Linux系統(tǒng)提供的有名管道先入先出隊(duì)列(First Input First Output, FIFO)進(jìn)行通信。(1)數(shù)據(jù)交換模塊該模塊啟動(dòng)后，首先對網(wǎng)關(guān)的串口進(jìn)行設(shè)置，以非阻塞方式打開串口，接下來對 WSN進(jìn)行初始化，設(shè)置每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)上要使用的端口號(hào)和端口數(shù)量(默認(rèn)為打開節(jié)點(diǎn)所 有的端口)。初始化成功后，嘗試在存儲(chǔ)模塊建立SQLite數(shù)據(jù)庫(Data Base，DB)，如果DB 已經(jīng)存在，則繼續(xù)向下執(zhí)行，否則，創(chuàng)建DB。創(chuàng)建DB成功后，創(chuàng)建表(Table)。最后，以掃描 的方式向各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送采集數(shù)據(jù)的命令。該過程是以循環(huán)的模式進(jìn)行的，從預(yù)先編 好的命令行里面順序取出每一條命令，將其通過串口發(fā)送到WSN網(wǎng)絡(luò)中，如果成功接收到 有效數(shù)據(jù)則繼續(xù)發(fā)送命令，直到發(fā)送完為止。否則，將對同一命令嘗試重新發(fā)送，三次不成 功后將給出節(jié)點(diǎn)出錯(cuò)的警告信息。數(shù)據(jù)交換流程圖如圖8所示。掃描完所有的節(jié)點(diǎn)后，該模塊一方面會(huì)將接收到數(shù)據(jù)存入本地存儲(chǔ)模塊的數(shù)據(jù)庫 中，另一方面，會(huì)將提取出來的原始數(shù)據(jù)寫入兩個(gè)異名的FIFO中，實(shí)現(xiàn)與其它模塊的通信。 其中數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳模塊會(huì)將從FIFO中讀到數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程的服務(wù)器上，主控制窗口把從FIFO 中讀到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在IXD顯示器上。具體的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)流圖如9所示。(2)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳模塊用于控制存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，實(shí)現(xiàn)GPRS通信單元的撥號(hào)上網(wǎng)，并且 向客戶PC機(jī)指定的端口發(fā)送數(shù)據(jù)。對應(yīng)于硬件的GPRS通信單元。在進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送之間前， 先要同互聯(lián)網(wǎng)建立連接，獲得移動(dòng)公司自動(dòng)分配的IP地址。此后通過SOCKET函數(shù)族與客戶PC機(jī)建立連接，最終完成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信。為了保證FIFO中的數(shù)據(jù)能夠及時(shí)讀到，采用多 進(jìn)編程方法，父進(jìn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測FIFO狀態(tài)，保證FIFO中一旦有數(shù)據(jù)寫入就讀出來，減少數(shù)據(jù) 延時(shí)；子進(jìn)程負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，程序執(zhí)行過程如圖10所示。(3)傳感器驅(qū)動(dòng)模塊傳感器驅(qū)動(dòng)模塊用來驅(qū)動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)中各傳感器節(jié)點(diǎn)的傳感器。由于節(jié)點(diǎn)的傳感器 采用的是1 通信協(xié)議，因此要根據(jù)具體通信協(xié)議編寫驅(qū)動(dòng)程序。I2C總線是數(shù)據(jù)線(SDA)和時(shí)鐘(SCL)構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在控 制模塊與被控的其它模塊之間進(jìn)行雙向傳送。各種被控電路均并聯(lián)在這條總線上，每個(gè)電 路和模塊都有唯一的地址，在信息的傳輸過程中，1 總線上并接的每一模塊電路既是主控 器(或被控器)，又是發(fā)送器(或接收器)，這取決于它所要完成的功能。在本發(fā)明的網(wǎng)關(guān) 中，節(jié)點(diǎn)處的傳感器只作為接收器，被控制模塊訪問，不能占有總線?？刂颇K發(fā)出的控制 信號(hào)分為地址碼和控制量兩部分，地址碼用來選址，即接通需要控制的電路，確定控制的種 類；控制量決定該調(diào)整的類別(如對比度、亮度等)及需要調(diào)整的量。這樣，各控制電路雖 然掛在同一條總線上，卻彼此獨(dú)立，互不相關(guān)。根據(jù)1 通信協(xié)議設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)程序。驅(qū)動(dòng)流程分三個(gè)階段第一階段下行數(shù)據(jù)，主控器(控制模塊)向被控器(傳感器)發(fā)送數(shù)據(jù)。先置 SDA高電平，發(fā)送地址位，所有被控器都接收此地址信息，然后與自己的地址比較，如果一致 則繼續(xù)接收，否則停止接收。然后主控器發(fā)送數(shù)據(jù)流動(dòng)方向位，接著向被控器發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā) 送完畢，置結(jié)束位。第二階段等待被控器處理數(shù)據(jù)(采集傳輸數(shù)據(jù))。第三階段類似第一階段，不同的是此時(shí)為被控器向主控器發(fā)送數(shù)據(jù)。(4)服務(wù)器數(shù)據(jù)接收模塊此模塊是唯一運(yùn)行在PC機(jī)端的模塊，是數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳模塊的服務(wù)器程序。它通過監(jiān)聽 PC機(jī)的特定端口，接收處理GPRS通信單元發(fā)送的數(shù)據(jù)。由于在本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)中它主要是用 來調(diào)試網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳模塊的，所以現(xiàn)在這個(gè)程序功能比較單一，只是對數(shù)據(jù)進(jìn)行格 式轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)打印在終端里。同樣，為了有效的接收來自網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)，防止數(shù) 據(jù)的丟失，該模塊也采用了多進(jìn)程編程方法。程序啟動(dòng)后forkO兩次，使父進(jìn)程進(jìn)入后臺(tái) 工作模式，并打印成功執(zhí)行的提示信息，接著創(chuàng)建SOCKET，設(shè)置端口快速重用，綁定IP地址 和端口號(hào)。服務(wù)器數(shù)據(jù)接收模塊如圖11所示。(5)圖形用戶接口(主控制窗口)模塊上面講的幾個(gè)模塊都是后臺(tái)運(yùn)行，程序一旦動(dòng)行便無法直接查看和控制其運(yùn)行狀 態(tài)，給實(shí)際的應(yīng)用和調(diào)試都帶來不便。另外，在沒有GPRS網(wǎng)絡(luò)的地方，有時(shí)只需要監(jiān)測一下 環(huán)境參數(shù)而沒有必要設(shè)立遠(yuǎn)程服務(wù)器，此外，在有些應(yīng)用場所，需要實(shí)地觀測數(shù)據(jù)并進(jìn)行參 數(shù)調(diào)節(jié)(溫室大棚)等，用戶需要一個(gè)比較直觀的數(shù)據(jù)顯示平臺(tái)。主控制窗口模塊就實(shí)現(xiàn) 了對以上各模塊的控制和數(shù)據(jù)顯示、查詢的功能。MINI⑶I是一款面向嵌入式系統(tǒng)的高級(jí)窗口系統(tǒng)(WindowingSystem)和開源 Linux圖形用戶界面(Graphical User hterface，⑶I)支持系統(tǒng)，為跨操作系統(tǒng)的嵌入式 圖形界面支持系統(tǒng)。
本發(fā)明中，該圖形用戶接口優(yōu)選應(yīng)用MmiGUI工具，實(shí)現(xiàn)可視化操作，給用戶提供 一個(gè)可視化、友好的人機(jī)交互界面。具體以LCD顯示器呈現(xiàn)，其上裝有觸摸傳感器，用戶可 直接通過液晶面板完成與網(wǎng)關(guān)交互過程。所顯示的窗口主要由主窗口、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示窗口、 時(shí)間設(shè)置窗口、查詢條件窗口和警告窗口組成，各個(gè)窗口之間可以隨意切換，共同完成程序 控制和數(shù)據(jù)管理功能。各個(gè)窗口功能介紹1、主窗口有兩個(gè)下拉菜單，分別為data和query。Data下拉菜單里有顯示實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù)、建立GPRS連接、啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊、啟動(dòng)遠(yuǎn)程發(fā)送數(shù)據(jù)模塊和設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間等選項(xiàng)，可 以進(jìn)行程序控制和數(shù)據(jù)管理。Query下拉菜單中只有數(shù)據(jù)查詢選項(xiàng)。2、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示窗口用來顯示節(jié)點(diǎn)信息，包括ID號(hào)，各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)信息。用 戶可以對其中的數(shù)值進(jìn)行限定，比如說當(dāng)溫度高于35度或低于10度時(shí)，系統(tǒng)可以用不同的 顏色標(biāo)示出來。其中還涉及到多線程編程和模塊間實(shí)時(shí)通信問題。流程圖如圖12所示。3、時(shí)間設(shè)置窗口用來設(shè)置當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間。每次重啟機(jī)器，首先要對系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行 設(shè)置。以免造成本地?cái)?shù)存儲(chǔ)時(shí)間與實(shí)際不符的情況。功能的實(shí)現(xiàn)是通過一個(gè)窗口獲取時(shí)間 參數(shù)，然后通過系統(tǒng)調(diào)用DATE命令完成。流程圖如圖13所示。4、在查詢條件窗口中，用戶可以根據(jù)自己的需要，查詢一個(gè)時(shí)間段內(nèi)特定節(jié)點(diǎn)的 相關(guān)信息。同時(shí)還可以設(shè)置一次顯示的條目數(shù)量。當(dāng)系統(tǒng)找到符合條件的數(shù)據(jù)時(shí)，就會(huì)以 列表的形式顯示在查詢結(jié)果窗口里面，而找不到符合條件的數(shù)據(jù)時(shí)就會(huì)給出警告信息。提 示用戶去檢查查詢條件是否正確。流程圖如圖14所示。本發(fā)明的工作過程概述如下首先，啟動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)入主控制窗口界面，設(shè)置當(dāng)?shù)貢r(shí)間；然后，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，其間，點(diǎn)擊SHOW DATA菜單選項(xiàng)，即出現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示界面；數(shù)據(jù)采集完成后按照既定協(xié)議上傳至農(nóng)田服務(wù)器，農(nóng)田服務(wù)器經(jīng)數(shù)據(jù)處理分析， 確認(rèn)數(shù)據(jù)的可信度后，此次數(shù)據(jù)采集工作隨即完成。以數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)為例具體說明本發(fā)明的工作過程。1、設(shè)置時(shí)間。啟動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)入主控制窗口界面，點(diǎn)擊settime選項(xiàng)就可進(jìn)入時(shí)間設(shè) 置窗口，設(shè)定好日期和時(shí)間后點(diǎn)擊確定，在沒有安裝RTC時(shí)鐘電源的情況下，每當(dāng)系統(tǒng)關(guān)閉 時(shí)，系統(tǒng)時(shí)間自動(dòng)置零，所以啟動(dòng)后首先要對時(shí)間進(jìn)行設(shè)置。2、數(shù)據(jù)采集。點(diǎn)擊DATA下的TRANS DATA菜單選項(xiàng)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各傳感器 節(jié)點(diǎn)的信息隨即采集上來，經(jīng)過處理后保存入SQLite數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)采集命令可以是無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)信息的采集，也可以是某個(gè)特定節(jié)點(diǎn)的信息采集。3、數(shù)據(jù)可視化。在IXD顯示器上可觀察所采集到的信息，點(diǎn)擊SHOW DATA菜單選 項(xiàng)。即出現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示界面，主要顯示節(jié)點(diǎn)號(hào)、ID、通道名稱和各通道的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。屏幕 刷新頻率由系統(tǒng)內(nèi)置TIMER值設(shè)定。4、異常點(diǎn)的處理。對于異常點(diǎn)可以發(fā)送重新采集命令，如步驟2所示。在排除異 ?？赡芎?，即可將可信數(shù)據(jù)保存至文件。5、數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器。點(diǎn)擊SEND DATA菜單選項(xiàng)，采集數(shù)據(jù)即可通過GPRS發(fā)送至 服務(wù)器，由服務(wù)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存至數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析，此次農(nóng)田數(shù)據(jù)采集工 作隨即結(jié)束。6、數(shù)據(jù)查詢。關(guān)閉實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示窗口，打開數(shù)據(jù)查詢窗口。即點(diǎn)擊query菜單選項(xiàng)，進(jìn)入查詢界面。通過該窗口可以設(shè)定和查詢啟始時(shí)間、終止時(shí)間、節(jié)點(diǎn)號(hào)和顯示的條目 數(shù)。設(shè)定好后點(diǎn)擊確定，就進(jìn)入了數(shù)據(jù)顯示界面。數(shù)據(jù)將以列表的形式顯示出來，可以通過 上下、左右滾動(dòng)條翻閱和查找敏感信息。如果沒有找到符合條件的結(jié)果系統(tǒng)就會(huì)給出警告信息，提示沒有找到結(jié)果。本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)以三星AR1C410、嵌入式Linux系統(tǒng)和MINI⑶I界面工具等為平臺(tái)， 為實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式農(nóng)田智能網(wǎng)關(guān)的各種功能，開發(fā)了配套的嵌入式軟件控制系統(tǒng)。軟件的功能 包括對所集成的MINI⑶I模塊、JN5121節(jié)點(diǎn)和GPRS模塊的控制。這些功能模塊協(xié)同完成 了農(nóng)田信息采集、農(nóng)田信息可視化、農(nóng)田信息上傳等功能。以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有 等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)，其特征在于，該網(wǎng)關(guān)包括控制模塊，用于控制無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、顯示、查詢、以 及遠(yuǎn)程傳輸；通信模塊，與所述控制模塊相連，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信，以及為網(wǎng)關(guān) 提供無線上網(wǎng)功能；存儲(chǔ)模塊，與所述控制模塊相連，用于將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)于SQLite數(shù)據(jù)庫中。
2.如權(quán)利要求1所述的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述控制模 塊進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)交換模塊，用于控制無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集、以及存儲(chǔ)；數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳模塊，用于控制所述存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸；傳感器驅(qū)動(dòng)模塊，用于驅(qū)動(dòng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各傳感器節(jié)點(diǎn)；數(shù)據(jù)接收模塊，用于調(diào)試所述通信模塊的通信以及處理通過所述通信模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)；圖形用戶接口模塊，用于接收無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、顯 示、查詢及遠(yuǎn)程傳輸?shù)目刂泼?，以及顯示所述存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)、顯示對所述數(shù)據(jù)的查 詢。
3.如權(quán)利要求2所述的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述圖形用 戶接口模塊應(yīng)用MINI⑶I工具。
4.如權(quán)利要求1所述的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述通信模 塊進(jìn)一步包括GPRS通信單元，通過串口與所述控制模塊相連，用于連接移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，為網(wǎng)管提供無 線上網(wǎng)功能；JN5121通信單元，通過串口與所述控制模塊相連，內(nèi)嵌ZigBee協(xié)議，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)與 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信。
5.如權(quán)利要求3所述的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)，其特征在于，該網(wǎng)關(guān)還包括電源模塊，用于為網(wǎng)關(guān)的各模塊供電。
6.如權(quán)利要求5所述的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述電源模 塊進(jìn)一步包括主供電單元，用于為所述控制模塊以及存儲(chǔ)模塊供電； GPRS供電單元，用于為所述GPRS通信單元供電。
7.如權(quán)利要求3所述農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)，其特征在于，該網(wǎng)關(guān)還包括 USB接口，與所述控制模塊以及電源模塊均相連。
8.如權(quán)利要求7所述的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述存儲(chǔ)模 塊進(jìn)一步包括動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元、靜態(tài)存儲(chǔ)單元以及通過所述USB接口與所述控制模塊相連 的USB存儲(chǔ)單元。
9.如權(quán)利要求1所述的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)，其特征在于，該網(wǎng)關(guān)還包括JTAG接口，與所述控制模塊相連。
10.如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所 述控制模塊選用三星公司生產(chǎn)的基于ARM公司的ARM920T處理器核S3C2410芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種農(nóng)田信息采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)，該網(wǎng)關(guān)包括控制模塊，用于控制無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、顯示、查詢、以及遠(yuǎn)程傳輸；通信模塊，與所述控制模塊相連，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信，以及為網(wǎng)關(guān)提供無線上網(wǎng)功能；存儲(chǔ)模塊，與所述控制模塊相連，用于將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于SQLite數(shù)據(jù)庫中。本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)可實(shí)現(xiàn)快速、可靠、低成本的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境信息的遠(yuǎn)程采集。
文檔編號(hào)H04W88/16GK102143606SQ20111005364
公開日2011年8月3日 申請日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月7日
發(fā)明者劉春紅, 姜建釗, 張漫, 李偲鈺, 汪懋華 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)