基于ZigBee和S3C2440的手持式校準(zhǔn)儀研制方案

　　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(rèn)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。

　　3.1 嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE.NET的移植

　　硬件系統(tǒng)完成后，需要將操作系統(tǒng)移植到硬件平臺并開發(fā)應(yīng)用程序。Platform Builder是基于WindowsCE.NET操作系統(tǒng)構(gòu)建定制嵌入式平臺而提供的集成開發(fā)環(huán)境（IDE），它提供了設(shè)計、創(chuàng)建、編譯、測試和調(diào)試功能，以及平臺開發(fā)向?qū)Ш虰SP開發(fā)向?qū)?、基礎(chǔ)配置、仿真器、Windows CE Test Kit等。具體移植的步驟如下：

　　圖4 系統(tǒng)流程圖

　?。?）對操作系統(tǒng)進行裁剪，配置各個組件及修改相關(guān)配置文件；（2）開發(fā)目標(biāo)設(shè)備上的驅(qū)動程序，建立定制的CE操作系統(tǒng)映像文件；44 現(xiàn)代電子技術(shù)2012年第35卷（3）將目標(biāo)文件下載到目標(biāo)設(shè)備上調(diào)試；（4）定制操作系統(tǒng)內(nèi)核后，導(dǎo)出平臺SDK，供在Visual Studio 2005中開發(fā)上層應(yīng)用軟件［7］。

　　3.2 開發(fā)環(huán)境的搭建

　　針對Windows CE 5.0 操作系統(tǒng)，選用基于。NET 2.0框架的Visual Studio 2005環(huán)境來開發(fā)。本文通過訪問。NET Compact FrameWork類庫，進行圖形化窗口編程，在開發(fā)環(huán)境中選擇智能設(shè)備WindowsCE 5.0設(shè)備應(yīng)用程序模板進行開發(fā)。