基于ZigBee和S3C2440的手持式校準儀研制方案

摘 要：為保證自動(dòng)氣象站各要素測量值準確性，需要定期進(jìn)行校準。針對自動(dòng)氣象站的現場(chǎng)校準需要設計了一種手持式校準儀。系統采用ARM 處理器及協(xié)調器進(jìn)行硬件設計，使用WIN CE 5.0操作系統，選擇C#開(kāi)發(fā)語(yǔ)言在VisualStudio 2005開(kāi)發(fā)環(huán)境中完成軟件設計。校準儀利用ZigBee技術(shù)自動(dòng)采集標準器及現場(chǎng)氣象儀器的讀數，并對氣象儀器進(jìn)行校準。該設備的使用可提高工作效率，方便現場(chǎng)校準，具有較好的實(shí)用性。

　　0 引 言

　　自動(dòng)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據采集處理、管理系統等組成。自動(dòng)氣象站存在長(cháng)期穩定性問(wèn)題，需要對氣象傳感器進(jìn)行定期的校準來(lái)確保觀(guān)測數據準確。

　　氣象觀(guān)測數據不能中斷，所以不能像普通計量?jì)x器一樣拆下后送檢到檢定室。較好的方法是直接在觀(guān)測現場(chǎng)利用標準器進(jìn)行比對后校準。因此設計了一種手持式校準儀，采用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )來(lái)讀取自動(dòng)氣象站的觀(guān)測數據及標準器的示值，并進(jìn)行校準。

　　1 系統設計與實(shí)現原理

　　本設計利用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )、Windows CE操作系統，ARM 處理器開(kāi)發(fā)了一種針對氣象要素傳感器校準的手持式校準儀。校準的時(shí)候，被測傳感器的數據利用ZigBee技術(shù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到協(xié)調器，協(xié)調器將數據傳送給手持式校準儀。校準儀進(jìn)行誤差的計算，如果存在的誤差大于對應要素預設的誤差，則會(huì )自動(dòng)生成校準命令以及校準值發(fā)送給傳感器，直到消除誤差為止。整個(gè)系統工作原理如圖1所示[1].

　　圖1 系統工作原理

　　2 系統硬件設計

　　該校準儀硬件功能框圖如圖2所示，硬件主要由基于CC2530的數據采集模塊和具有ARM9內核的硬件平臺模塊。

　　圖2 手持式校準儀硬件框圖

　　數據采集模塊主要由CC2530芯片、傳感器及外圍部件構成。在硬件平臺上進(jìn)行操作系統的移植以及數據校準的功能[2].

　　2.1 數據采集模塊設計

　　數據采集模塊利用了ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，主要由ZigBee網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器節點(diǎn)和ZigBee傳感器終端節點(diǎn)構成，本系統采用的是TI公司的CC2530作為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)[3].CC2530是用于2.4GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE應用的一個(gè)真正的片上系統解決方案，它能夠以非常低的總的材料成本建立強大的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)。

　　CC2530具有極高的接收靈敏度和抗干擾性，只需要配合少數的外圍元器件就可以實(shí)現信號的收發(fā)功能[4].

　　2.2 硬件平臺設計

　　本系統采用的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)調器節點(diǎn)采用CC2530,具有較低的成本，只需要配合少數的外圍元器件就可以工作。S3C2440 與CC2530,NAND FLASH,SDRAM 的連接簡(jiǎn)圖如圖3所示。硬件系統構成簡(jiǎn)潔，體積小，運算速度快，并可安裝WindowsCE,Linux等操作系統[5].

　　圖3 系統連接簡(jiǎn)圖

　　3 軟件設計

　　校準儀根據所需校準的氣象要素，進(jìn)入相應的校準界面，并自動(dòng)接收處理數據，如果檢測誤差大于預設誤差時(shí)，在確認校準密碼后，自動(dòng)生成校準命令并無(wú)線(xiàn)發(fā)送給對應的氣象傳感器。

　　系統安裝了Windows CE 5.0操作系統。WindowsCE是微軟公司嵌入式、移動(dòng)計算平臺的基礎，它是一個(gè)開(kāi)放的、可升級的32位嵌入式操作系統，具有可靠性好、實(shí)時(shí)性高、內核體積小及可伸縮性、強大的通信能力等特點(diǎn)，被廣泛用于嵌入式智能設備的開(kāi)發(fā)[6].校準儀系統軟件部分主要由兩部分構成：一是串口通信，主要用于協(xié)調器與手持式校準儀之間進(jìn)行實(shí)時(shí)數據傳輸，另一部分是用戶(hù)界面軟件設計及功能實(shí)現，兩者都使用嵌入式C#語(yǔ)言編寫(xiě)，采用VS 2005的窗體界面進(jìn)行可視化軟件開(kāi)發(fā)。圖4為系統軟件流程圖。

3.1 嵌入式操作系統Windows CE.NET的移植

　　硬件系統完成后，需要將操作系統移植到硬件平臺并開(kāi)發(fā)應用程序。Platform Builder是基于WindowsCE.NET操作系統構建定制嵌入式平臺而提供的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE），它提供了設計、創(chuàng )建、編譯、測試和調試功能，以及平臺開(kāi)發(fā)向導和BSP開(kāi)發(fā)向導、基礎配置、仿真器、Windows CE Test Kit等。具體移植的步驟如下：

　　圖4 系統流程圖