基于ZigBee和S3C2440的手持式校準儀研制方案

　　0 引 言

　　自動氣象站由氣壓、溫度、濕度、風向風速、雨量、輻射等氣象傳感器及數據采集處理、管理系統等組成。自動氣象站存在長期穩定性問題，需要對氣象傳感器進行定期的校準來確保觀測數據準確。

　　氣象觀測數據不能中斷，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場利用標準器進行比對后校準。因此設計了一種手持式校準儀，采用無線傳感器網絡來讀取自動氣象站的觀測數據及標準器的示值，并進行校準。

　　1 系統設計與實現原理

　　本設計利用無線傳感器網絡、Windows CE操作系統，ARM 處理器開發了一種針對氣象要素傳感器校準的手持式校準儀。校準的時候，被測傳感器的數據利用ZigBee技術通過無線傳感器網絡發送到協調器，協調器將數據傳送給手持式校準儀。校準儀進行誤差的計算，如果存在的誤差大于對應要素預設的誤差，則會自動生成校準命令以及校準值發送給傳感器，直到消除誤差為止。整個系統工作原理如圖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無線傳感器網絡，主要由ZigBee網絡協調器節點和ZigBee傳感器終端節點構成，本系統采用的是TI公司的CC2530作為無線傳感器網絡節點［3］.CC2530是用于2.4GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE應用的一個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絡節點。

　　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現信號的收發功能［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.網絡協調器節點采用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 的連接簡圖如圖3所示。硬件系統構成簡潔，體積小，運算速度快，并可安裝WindowsCE，Linux等操作系統［5］。

　　圖3 系統連接簡圖

　　3 軟件設計

　　校準儀根據所需校準的氣象要素，進入相應的校準界面，并自動接收處理數據，如果檢測誤差大于預設誤差時，在確認校準密碼后，自動生成校準命令并無線發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、移動計算平臺的基礎，它是一個開放的、可升級的32位嵌入式操作系統，具有可靠性好、實時性高、內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備的開發［6］。校準儀系統軟件部分主要由兩部分構成：一是串口通信，主要用于協調器與手持式校準儀之間進行實時數據傳輸，另一部分是用戶界面軟件設計及功能實現，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。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發應用程序。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發環境（IDE），它提供了設計、創建、編譯、測試和調試功能，以及平臺開發向導和BSP開發向導、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

　?。?）對操作系統進行裁剪，配置各個組件及修改相關配置文件；（2）開發目標設備上的驅動程序，建立定制的CE操作系統映像文件；44 現代電子技術2012年第35卷（3）將目標文件下載到目標設備上調試；（4）定制操作系統內核后，導出平臺SDK，供在Visual Studio 2005中開發上層應用軟件［7］。

　　3.2 開發環境的搭建

　　針對Windows CE 5.0 操作系統，選用基于。NET 2.0框架的Visual Studio 2005環境來開發。本文通過訪問。NET Compact FrameWork類庫，進行圖形化窗口編程，在開發環境中選擇智能設備WindowsCE 5.0設備應用程序模板進行開發。