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论文首先回顾了国内外无线传感器网络及水质监测离子浓度信号测量的发展状况，研究了现有的无线传感器网络操作系统调度方法、内存管理方法，分析了水质监测应用的离子浓度检测软硬件体系结构，从而制定并逐步实施本论文的研究路线：设计水质监测应用的无线传感器网络硬件节点平台，并在平台上设计符合无线传感器网络低功耗、实时性良好的微型操作系统，并分析与验证系统的连通性、功耗和实时性能。硬件电路设计部分，中央处理单元选型采用集成以太网控制模块的ARMCortex-M3内核单片机LM3S8962；模数转换单元采用单通道的24位ADS1244；电源管理单元采用动态电压调整芯片LTC3555，CPU经I2C总线对三路输出电压进行调度；射频收发模块使用发射功率与通信频带可调的无线收发芯片CC1100。软件设计上，将软件体系结构分为五层：物理层、硬件抽象层、RTOS内核层、应用程序接口层、应用层。先设计物理层的板级系统支撑程序，包括数据采集、无线收发、电源管理、以太网通讯等，并配置硬件抽象层的相关寄存器。分析FreeRTOS内核事件处理构架，得出FreeRTOS能胜任无线传感器网络操作系统的结论。改进FreeRTOS使CPU处于空闲任务之后进入硬件睡眠状态，使FreeRTOS能够满足WSN低功耗的特点。结合FreeRTOS常规编程方法，提出使用FreeRTOS编写WSN应用程序时应注意的要点。在简要分析FreeRTOS原始内存管理方法的不足之后，引入两级分段适配内存管理算法(TLSF)以提高内存分配和释放的效率。移植轻量级IP协议栈（lwIP）以扩展汇聚节点经以太网与上位机通信的能力，便于实现远程操控和远程数据采集。通过本次设计，完成了基于LM3S8962+CC1100+LTC3555的无线传感器网络节点，并成功的采集了具有较高精度的离子浓度数据。完成了无线传感器网络操作系统的设计，包括内核的改进（给内核引进睡眠机制），用户API的封装、lwIP协议栈的移植，并进行无线网络连通性、功能和性能测试。