基于Linux内核的无线多频段WSN网关设计

　　目前，物联网（Internet of Things，IOT）正呈现飞速发展的态势。本文介绍一种无线多频段WSN网关，可通过以太网或者移动通信网络，监控多个频段的无线传感器子网节点的运行情况。

　　1 系统总体结构

　　本文设计的系统在感知层采用4个频段的无线传感器网络节点。各频段子网通过一个多频段网关装置接入到网络层。用户可以通过监控终端监控现场数据，监控终端既可以是固定的PC机，也可以是移动的3G设备。同时，网关还具备良好的扩展性，网关可以同时接入多个频段的WSN网络。多频段WSN网关系统结构框图如图1所示。

　　
图1 多频段WSN网关系统结构框图

　　2 网关硬件系统设计

　　网关的主控制单元采用ARM9芯片S3C2440A，主频400 MHz，外扩64 MB SDRAM、64 MB NAND Flash。微处理器的外设数据控制器（PDC）向串行外设提供DMA通道，使其与片内以及片外存储器读写传输数据时不经过处理器。

　　网关3G网络接入端采用USB接口，实现与3G网络的通信；无线传感器网络子网接入端分别是2．4 GHz子网接入模块、780 MHz子网接入模块、470 MHz子网接入模块和433 MHz子网接入模块，各子网模块都是通过串口实现与网关主控制单元的通信。以太网控制部分整个网关的结构框图如图2所示。

　　
图2 以太网控制部分整个网关的结构框图

　　2．1 多频段无线传感网子网接入部分

　　由于S3C2440A芯片自身只有3通道的串口。而4个频段的子网接入模块都是采用串行通信接口，ARM9芯片本身不能满足本系统需求，所以需要利用外围扩展芯片，设计串口扩展电路来满足系统的需求。本设计采用TI公司的TL16C554A芯片，通过并行数据线和地址线扩展出来4路全功能串口。

　　TL16C554A芯片是8位数据宽度，TL16C554A的D0～D7引脚与ARM9芯片直接相连，读写信号是直接连接的。TL16C554A的引脚INA、INTB、INTC、INTD分别接在主控制芯片的引脚INT0、INT2、INT3、INT4，这样扩展的各通道串口就能通过中断独立地工作。

　　将S3C2440A的地址线A0～A3与TL16C554A的A0～A3直接相连，S3C2440A的nGCS2作为译码器74LS139的片选信号。74LS139的输入端分别接地址线A4～A5。根据译码器译码，实现地址分配，再通过ARM芯片地址映射。外扩的4通道串口的物理地址为

　　通道A——0x10000000～0x10000008

　　通道B——0x10000010～0x10000018

　　通道C——0x10000020～0x100000028

　　通道D——0x10000030～0x10000038。

　　主控制芯片通过访问这些地址就能访问外部寄存器，即TL16C554A芯片片内寄存器地址。多频段子网接入部分接口电路如图3所示。

　　
图3 多频段子网接入部分接口电路