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基于ZigBee和S3C2440的手持式校准仪研制方案

发布时间:2020-07-21 17:36:13 阅读: 来源:画笔厂家

摘 要:为保证自动气象站各要素测量值准确性,需要定期进行校准。针对自动气象站的现场校准需要设计了一种手持式校准仪。系统采用ARM 处理器及协调器进行硬件设计,使用WIN CE 5.0操作系统,选择C#开发语言在VisualStudio 2005开发环境中完成软件设计。校准仪利用ZigBee技术自动采集标准器及现场气象仪器的读数,并对气象仪器进行校准。该设备的使用可提高工作效率,方便现场校准,具有较好的实用性。

本文引用地址: 引 言

自动气象站由气压、温度、湿度、风向风速、雨量、辐射等气象传感器及数据采集处理、管理系统等组成。自动气象站存在长期稳定性问题,需要对气象传感器进行定期的校准来确保观测数据准确。

气象观测数据不能中断,所以不能像普通计量仪器一样拆下后送检到检定室。较好的方法是直接在观测现场利用标准器进行比对后校准。因此设计了一种手持式校准仪,采用无线传感器网络来读取自动气象站的观测数据及标准器的示值,并进行校准。

1 系统设计与实现原理

本设计利用无线传感器网络、Windows CE操作系统,ARM 处理器开发了一种针对气象要素传感器校准的手持式校准仪。校准的时候,被测传感器的数据利用ZigBee技术通过无线传感器网络发送到协调器,协调器将数据传送给手持式校准仪。校准仪进行误差的计算,如果存在的误差大于对应要素预设的误差,则会自动生成校准命令以及校准值发送给传感器,直到消除误差为止。整个系统工作原理如图1所示[1].

图1 系统工作原理

2 系统硬件设计

该校准仪硬件功能框图如图2所示,硬件主要由基于CC2530的数据采集模块和具有ARM9内核的硬件平台模块。

图2 手持式校准仪硬件框图

数据采集模块主要由CC2530芯片、传感器及外围部件构成。在硬件平台上进行操作系统的移植以及数据校准的功能[2].

2.1 数据采集模块设计

数据采集模块利用了ZigBee无线传感器网络,主要由ZigBee网络协调器节点和ZigBee传感器终端节点构成,本系统采用的是TI公司的CC2530作为无线传感器网络节点[3].CC2530是用于2.4GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统解决方案,它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。

CC2530具有极高的接收灵敏度和抗干扰性,只需要配合少数的外围元器件就可以实现信号的收发功能[4].

2.2 硬件平台设计

本系统采用的32位ARM920T 的RISC处理器SamsungS3C2440A,主频400MHz.采用320×240分辨率的3.5英寸触摸真彩液晶屏。SDRAM 采用的H57V2562GTR,具有32 MB 的存储空间,NANDFLASH采用三星公司的K9F2G08ROA.网络协调器节点采用CC2530,具有较低的成本,只需要配合少数的外围元器件就可以工作。S3C2440 与CC2530,NAND FLASH,SDRAM 的连接简图如图3所示。硬件系统构成简洁,体积小,运算速度快,并可安装WindowsCE,Linux等操作系统[5].

图3 系统连接简图

3 软件设计

校准仪根据所需校准的气象要素,进入相应的校准界面,并自动接收处理数据,如果检测误差大于预设误差时,在确认校准密码后,自动生成校准命令并无线发送给对应的气象传感器。

系统安装了Windows CE 5.0操作系统。WindowsCE是微软公司嵌入式、移动计算平台的基础,它是一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统,具有可靠性好、实时性高、内核体积小及可伸缩性、强大的通信能力等特点,被广泛用于嵌入式智能设备的开发[6].校准仪系统软件部分主要由两部分构成:一是串口通信,主要用于协调器与手持式校准仪之间进行实时数据传输,另一部分是用户界面软件设计及功能实现,两者都使用嵌入式C#语言编写,采用VS 2005的窗体界面进行可视化软件开发。图4为系统软件流程图。

3.1 嵌入式操作系统Windows 的移植

硬件系统完成后,需要将操作系统移植到硬件平台并开发应用程序。Platform Builder是基于操作系统构建定制嵌入式平台而提供的集成开发环境(IDE),它提供了设计、创建、编译、测试和调试功能,以及平台开发向导和BSP开发向导、基础配置、仿真器、Windows CE Test Kit等。具体移植的步骤如下:

图4 系统流程图

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