基于ZigBee和S3C2440的手持式校准仪研制方案

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。

　　0 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 CE.NET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WindowsCE.NET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

　　（1）对操作系统进行裁剪，配置各个组件及修改相关配置文件；（2）开发目标设备上的驱动程序，建立定制的CE操作系统映像文件；44 现代电子技术2012年第35卷（3）将目标文件下载到目标设备上调试；（4）定制操作系统内核后，导出平台SDK,供在Visual Studio 2005中开发上层应用软件[7].

　　3.2 开发环境的搭建

针对Windows CE 5.0 操作系统，选用基于。NET 2.0框架的Visual Studio 2005环境来开发。本文通过访问。NET Compact Fra