温室中无线执行器节点的设计

0 引言

温室监控系统建立的最终目的是为了获取温室环境的数据信息，监控温室的正常运行，并通过分析数据得到作物生长与环境变化的规律。传统的多点环境参数监控系统一般都是通过有线通信(如RS-485 总线)的方式把环境参数数据传送到监控中心的。有线通信的一个无法回避的问题是需要布线，它使系统的设计、安装及维护等的复杂度大幅提高，同时使系统的成本也大大增加，而且如果某一节点损坏有可能导致整个通信网络瘫痪。由于温室大棚占地面积大，采用传统的有线监控系统除了通信设备之间的物理线路连接还需要供电线路的支持。而采用无线技术后，系统精简了通信和供电线路的铺设，方便了系统的维护和扩展，对提高温室的生产管理水平具有重要的意义。对于本设计而言，采用无线通信技术可以有效的解决采用有线通信所存在的问题，而且具有成本更低、不需要布线、可以任意增加或减少测量节点、维护方便等优点。

1 系统组成及工作过程

无线温室监控系统由无线测量节点与执行器节点、汇聚节点和后台管理系统三层组成，如图1 所示。测量节点采集数据并通过汇聚节点将数据转发给后台管理系统。测量节点由51 兼容的射频SoC 芯片nRF9E5 来实现;执行器节点采用基于ARM®CortexTM-M3 的微控制器LMS3S1968 和无线收发器nRF905 组成;汇聚节点采用处理能力更强的ARM9 和无线收发器nRF905 组成。

温室中，大量的测量节点采用分散布撒的方式摆放于温室中，负责采集监控区域的环境信息，并通过多跳的传输方式将数据发送到汇聚节点;汇聚节点既负责数据的收集上传，又系统中各个节点发送控制命令，还要通过Internet 网络与后台管理系统进行通信，由后台管理系统控制温室的环境参数和传感器节点的管理。各个温室内的节点相互独立，某个温室中的某个节点出现故障不会影响到其他节点的正常工作。

2 主要器件介绍

2.1 基于ARM Cortex-M3 的LM3S1968 微控制器

LM3S1968是Texas Instruments 公司生产的Stellaris®系列、基于ARM®Cortex™-M3的微控制器。该Stellaris®系列芯片能够提供高效的性能、广泛的集成功能以及按照要求定位的选择，适用于各种关注成本并明确要求具有的过程控制以及连接能力的应用方案。

LM3S1968 微控制器是针对工业应用方案而设计的，包括远程监控、电子贩售机、测试和测量设备、网络设备和交换机、工厂自动化、HVAC 和建筑控制、游戏设备、运动控制、医疗器械、以及火警安防。其主要特性有32 位RISC 性能、采用与Thumb®兼容的Thumb-2 指令集以获取更高的代码密度、高达256KB 的单周期Flash 和64KB 的单周期SRAM、4 个通用定时器模块、2 个SSI 模块、2 个I2C 模块、采样速率为1000000 次/秒的8通道10 位A/D 转换、3 个独立集成的模拟比较、3 个 PWM 发生器模块、2 个QEI 模块、多达52 个GPIO、片内低压差稳压器等。