0 引 言
自動氣象站由氣壓、溫度、濕度、風(fēng)向風(fēng)速、雨量、輻射等氣象傳感器及數(shù)據(jù)采集處理、管理系統(tǒng)等組成。自動氣象站存在長期穩(wěn)定性問題，需要對氣象傳感器進行定期的校準(zhǔn)來確保觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。
氣象觀測數(shù)據(jù)不能中斷，所以不能像普通計量儀器一樣拆下后送檢到檢定室。較好的方法是直接在觀測現(xiàn)場利用標(biāo)準(zhǔn)器進行比對后校準(zhǔn)。因此設(shè)計了一種手持式校準(zhǔn)儀，采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來讀取自動氣象站的觀測數(shù)據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)器的示值，并進行校準(zhǔn)。
1 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)原理
本設(shè)計利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、Windows CE操作系統(tǒng)，ARM 處理器開發(fā)了一種針對氣象要素傳感器校準(zhǔn)的手持式校準(zhǔn)儀。校準(zhǔn)的時候，被測傳感器的數(shù)據(jù)利用ZigBee技術(shù)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)傳送給手持式校準(zhǔn)儀。校準(zhǔn)儀進行誤差的計算，如果存在的誤差大于對應(yīng)要素預(yù)設(shè)的誤差，則會自動生成校準(zhǔn)命令以及校準(zhǔn)值發(fā)送給傳感器，直到消除誤差為止。整個系統(tǒng)工作原理如圖1所示[1].
圖1 系統(tǒng)工作原理
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
該校準(zhǔn)儀硬件功能框圖如圖2所示，硬件主要由基于CC2530的數(shù)據(jù)采集模塊和具有ARM9內(nèi)核的硬件平臺模塊。
圖2 手持式校準(zhǔn)儀硬件框圖
數(shù)據(jù)采集模塊主要由CC2530芯片、傳感器及外圍部件構(gòu)成。在硬件平臺上進行操作系統(tǒng)的移植以及數(shù)據(jù)校準(zhǔn)的功能[2].
2.1 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計
數(shù)據(jù)采集模塊利用了ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，主要由ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點和ZigBee傳感器終端節(jié)點構(gòu)成，本系統(tǒng)采用的是TI公司的CC2530作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點[3].CC2530是用于2.4GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE應(yīng)用的一個真正的片上系統(tǒng)解決方案，它能夠以非常低的總的材料成本建立強大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。
CC2530具有極高的接收靈敏度和抗干擾性，只需要配合少數(shù)的外圍元器件就可以實現(xiàn)信號的收發(fā)功能[4].
2.2 硬件平臺設(shè)計
本系統(tǒng)采用的32位ARM920T 的RISC處理器SamsungS3C2440A ,主頻400MHz.采用320×240分辨率的3.5英寸觸摸真彩液晶屏。SDRAM 采用的H57V2562GTR,具有32 MB 的存儲空間，NANDFLASH采用三星公司的K9F2G08ROA.網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點采用CC2530,具有較低的成本，只需要配合少數(shù)的外圍元器件就可以工作。S3C2440 與CC2530,NAND FLASH,SDRAM 的連接簡圖如圖3所示。硬件系統(tǒng)構(gòu)成簡潔，體積小，運算速度快，并可安裝WindowsCE,Linux等操作系統(tǒng)[5].
圖3 系統(tǒng)連接簡圖
3 軟件設(shè)計
校準(zhǔn)儀根據(jù)所需校準(zhǔn)的氣象要素，進入相應(yīng)的校準(zhǔn)界面，并自動接收處理數(shù)據(jù)，如果檢測誤差大于預(yù)設(shè)誤差時，在確認校準(zhǔn)密碼后，自動生成校準(zhǔn)命令并無線發(fā)送給對應(yīng)的氣象傳感器。
系統(tǒng)安裝了Windows CE 5.0操作系統(tǒng)。WindowsCE是微軟公司嵌入式、移動計算平臺的基礎(chǔ)，它是一個開放的、可升級的32位嵌入式操作系統(tǒng)，具有可靠性好、實時性高、內(nèi)核體積小及可伸縮性、強大的通信能力等特點，被廣泛用于嵌入式智能設(shè)備的開發(fā)[6].校準(zhǔn)儀系統(tǒng)軟件部分主要由兩部分構(gòu)成：一是串口通信，主要用于協(xié)調(diào)器與手持式校準(zhǔn)儀之間進行實時數(shù)據(jù)傳輸，另一部分是用戶界面軟件設(shè)計及功能實現(xiàn)，兩者都使用嵌入式C#語言編寫，采用VS 2005的窗體界面進行可視化軟件開發(fā)。圖4為系統(tǒng)軟件流程圖。
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