基于AVR和ZigBee技术的工业园区环境监测系统

重　　量　　　：约13克（5.4克，32克可选）

2 微处理单元

微处理器作为整个节点的控制核心，要对来自各个方面的信息作最终的判断和控制。我们拟采用AVR32 AT32UC3A（图６），其低功耗的特性和丰富强大的处理能力十分适合本系统的开发。

　 图　６　　AVR32 AT32UC3A

该AT32UC3A集成了可安全和快速访问的片上闪存和SRAM存储器。

外设直接内存访问控制器（PDCA循环），无需处理器参与外设和存储器间的数据传输。PDCA大幅降低了处理连续的大数据的开销和在模块在微控制器间流都动的时间。

PowerManager提高了设计的灵活性和安全性：芯片上的欠压检测器监视电源，CPU使用片内RC振荡器或外部振荡器中之一运行时，实时时钟和与之相关的计时器会跟踪记录相关的时间。

定时器/计数器：包括三个相同的16位定时器/计数器通道。每个通道都可以独立编程进行频率测量，事件计数，间隔测量，脉冲生成，延迟时间和脉冲宽度调制。该AT32UC3A还具有多种通信密集型应用通讯接口。除了标准的串行接口，如UART，SPI或TWI接口外还有灵活的同步串行控制器接口、USB和以太网MAC接口等可供使用。 同步串行控制器可轻松实现串行通信协议和像I2S这样的音频标准。得益于以丰富的端点??配置，它的全速USB 2.0接口支持多种USB类，OTG接口允许设备像USB闪存盘或一个USB打印机设备直接连接到处理器。

AT32UC3A主要特性:

A、高性能，低功耗的AVR ® 32 UC的32位微控制器

B、紧凑型单周期RISC指令集，包括DSP指令集

C、15个外设DMA通道加快了与外设通信的速度

D、内部高速闪存 512K字节，256K字节，版本128K字节

E、单周期存取高达33兆赫

F、 Prefetch Buffer Optimizing Instruction Execution at Maximum Speed - 优化预取缓冲器在最大速度指令执行

G、4ms的页编程时间和8ms的全芯片擦除时间

H、64K字节（512KB的闪存和256KB），32K字节（128KB闪存）

I、SDRAM / SRAM Compatible Memory Bus (16-bit Data and 24-bit Address Buses) - 的SDRAM / SRAM的兼容内存总线（16位数据和24位地址总线）

J、低延迟中断服务，可编程优先级

K、电源和时钟管理包括内部RC时钟和一个32kHz振荡器

L、看门狗定时器，实时时钟定时器

M、Flexible End-Point Configuration and Management with Dedicated DMA Channels - 灵活的端点配置和管理的专用DMA通道

N、三个外部时钟输入，脉宽调制，捕获和各种计数功能

O、One Master/Slave Two-Wire Interface (TWI), 400kbit/s I2C-compatible一个主/从双线接口（TWI），400kbit / s的I2C兼容

3 无线通信单元

传统的射频前端接收部分包括带通滤波器、低噪声放大器、本振、检波整形、放大器等，发射部分包括调制器、功率放大器、带通滤波器等。而单片数字信号射频收发芯片集成了无线通讯系统的大部分功能，外加少量外围器件即可构成专用或通用无线通信模块，简化了射频前端的设计。

本设计拟采用ATMEL公司的ATmega128RFA1芯片，该片上系统提供了低功耗ZigBee解决方案，可以实现和完成ZigBee协议中FFD与 RFD设备的功能。

•通用的2.4GHz ISM频带收发器与微控制器

•RF4CE的，SP100，的WirelessHART，ISM应用和IPv6/6LoWPAN的无线电收发器提供了从250 kb / s的高达2兆字节/秒，架高的数据传输速率处理，优秀的接收灵敏度和高传输输出功率，能够实现非常强大的无线通讯。其特性如下：

A、高性能低功耗，

B、拥有8位微控制器

C、先进的RISC结构

D、135条指令 -大多数为单时钟周期执行

E、32x8通用工作寄存器

F、全静态工作

G、高达16 MIPS的吞吐量，在16兆赫和1.8V

H、非易失性程序和数据存储器

I、系统内128K字节可编程闪存

J、2000写/擦除周期

K、4K字节的EEPROM

L、 内部16K字节的SRAM

图　７　ATmega128RFA1管脚图

图　８　ATmega128RFA1内部结构图

4 .供电单元

本系统由于采用低功耗集成化器件，大大降低了功耗。预计对普通节点使用两节五号电池进行供电，而对于根节点或协调器，考虑到长期工作和其对网络组建的重要性，安排单独蓄电池为其供电。当然，在光线充足的户外环境，太阳能电池亦为节能环保的首选。

3.2.2串行通信接口

本系统拟采用异步串行通信实现单片机与PC机之间的数据传输，在异步串行通信中应用最广泛的标准接口就是RS232C。RS232C是由美国电子工业协会EIA公布的通信协议，适合于较短距离的通信场合（一般小于13米）。AVR32 AT32UC3A有两个全双工的串行通信模块：USART0和USART1。通过对相应寄存器的设置