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基于ZigBee和S3C2440的手持式校准仪研制方案

2014-08-29 15:59
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引 言

  主动景象抽象站由气压、温度、湿度、风向风速、雨量、辐射等景象抽象传感器及数据采集处置、办理系统等构成。主动景象抽象站具有持久不变性问题,需要对景象抽象传感器进行按期的校准来确保观测数据精确。

  景象抽象观测数据不能中缀,所以不能像通俗计量仪器一样拆下后送检到检定室。较好的方式是间接在观测现场把持尺度器进行比对后校准。因而设想了一种手持式校准仪,采用无线传感器收集来读取主动景象抽象站的观测数据及尺度器的示值,并进行校准。

  1 系统设想与完成道理

  本设想把持无线传感器收集、Windows CE操作系统,ARM 处置器斥地了一种针对景象抽象要素传感器校准的手持式校准仪。校准的时候,被测传感器的数据把持ZigBee技术经由无线传感器收集发送到协调器,协调器将数据传送给手持式校准仪。校准仪进行误差的算计,若是具有的误差大于对应要素预设的误差,则会主动生成校准号令以及校准值发送给传感器,直到消弭误差为止。整个系统工作道理如图1所示[1]。
  
  图1 系统工作道理
 
  2 系统硬件设想

  该校准仪硬件功能框图如图2所示,硬件次要由基于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
 
  数据采集模块次要由CC2530芯片、传感器及外围部件构成。在硬件平台长进行操作系统的移植以及数据校准的功能[2]。

  2.1 数据采集模块设想

  数据采集模块把持了ZigBee无线传感器收集,次要由ZigBee收集协调器节点和ZigBee传感器终端节点构成,本系统采用的是TI公司的CC2530作为无线传感器收集节点[3].CC2530是用于2.4GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE使用的一个真正的片上系统处理方案,它能够大概以很是低的总的材料成本建立强大的收集节点。

  CC2530具有极高的领受活络度和抗干扰性,只需要共同少数的外围元器件就能够完成信号的收发功能[4]。

  2.2 硬件平台设想

  本系统采用的32位ARM920T 的RISC处置器SamsungS3C2440A ,主频400MHz.采用320×240分辩率的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.收集协调器节点采用CC2530,具有较低的成本,只需要共同少数的外围元器件就能够工作。S3C2440 与CC2530,NAND FLASH,SDRAM 的连接简图如图3所示。硬件系统构成简练,体积小,运算速度快,并可安装WindowsCE,Linux等操作系统[5]。
  
  图3 系吐洮接简图
 
  3 软件设想

  校准仪按照所需校准的景象抽象要素,进入响应的校准界面,并主动领受处置数据,若是检测误差大于预设误差时,在确认校准暗码后,主动生成校准号令并无线发送给对应的景象抽象传感器。

  系统安装了Windows CE 5.0操作系统。WindowsCE是微软公司嵌入式、挪动算计平台的底子,它是一个开放的、可进级的32位嵌入式操作系统,具有靠得住性好、及时性高、内核体积小及可伸缩性、强大的通信才能等特点,被遍及用于嵌入式智能设备的斥地[6]。校准仪系统软件部门次要由两部门构成:一是串口通信,次要用于协调器与手持式校准仪之间进行及时数据传输,另一部门是用户界面软件设想及功能完成,两者都使用嵌入式C#言语编写,采用VS 2005的窗体界面进行可视化软件斥地。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斥地使用法式。Platform Builder是基于WindowsCE.NET操作系统建立定制嵌入式平台而供给的集成斥地环境(IDE),它供给了设想、建立、编译、测试和调试功能,以及平台斥地带领和BSP斥地带领、底子拔擢、仿真器、Windows CE Test Kit等。具体移植的措施如下:
  
 
 图4 系吐澉程图
 
  (1)对操作系统进行裁剪,拔擢各个组件及编削相关拔擢文件;(2)斥地方针设毕喙啬驱动法式,建立定制的CE操作系统映像文件;44 当代电子技术2012年第35卷(3)将方针文件下载到方针设毕喙伧试;(4)定制操作系统内核后,导出平台SDK,供在Visual Studio 2005中斥地上层使用软件[7]。

  3.2 斥地环境的搭建

  针对Windows CE 5.0 操作系统,选用基于。NET 2.0框架的Visual Studio 2005环境来斥地。本文经由拜候。NET Compact FrameWork类库,进行图形化窗口编程,在斥地环境当选择智能设备WindowsCE 5.0设备使用法式模板进行斥地。

  3.3 界面设想

  在系统界面设想中,次要分为主界面,各景象抽象要素校准界面。主界面次要用于景象抽象要素的选择,使用了Menuitem控件进行菜单的建立,别的又一次供给了编纂和对象等功能。在校准界面中,次要使用了SerialPort,ComboBox,TextBox和Button等几个控件。Serial-Port控件是用来对串口的设置,进行收发数据;ComboBox控件用来对节点和校准点的选择;TextBox控件用来存放数据;Button控件用来进行一些号令的操作[8]。

  3.4 校准功能设想

  进入各个景象抽象要素校准页面,首前辈行节点和校准点的选择,接着设置好串标语和波特率,打开串口进行数据的主动领受。在串口使用法式中,发送区文本框为TxSend,领受区文本框名为Txrec,名目中添加一个SerialPort控件,名为Port,发送按钮名为Send,下面是领受和发送的部门代码[9]。

  Port控件中DataReceived事务的处置函数为:
  Void port_DataReceived (object send,SerialDataReceivedEventArgs){int bytesToRead=port.BytesToRead;byte[]arr=new byte[bytesToRead];port.Read(arr,0,bytesToRead);string str=Encoding,Default,GetString(arr,0,bytes-ToRead);txrec.Text+=str;}

  发送按钮单击事务对应的处置函数为:
  Void Send_Click(object send,EventArgs e){Byte[]arr=Encoding.Default.GetBytes(txSend.txt);Port.Write(arr,0,arr.Length);}
  由协调器领受传感器收集中景象抽象传感器节点发来的数据,并经由串口发送到ARM 处置器,其数据采用九字节的十六进制数的数据通信格局,如图5所示。第一字节是数据标识符;第二个字节暗示景象抽象要素类型,01是气压,02是气温,03是湿度等;接上去持续四个字节是传感器的数据,并紧跟两位校验位;最后一个字节是结束符。
  
  图5 协调器串口发送格局
 
  当协调器发送一帧数据后,系统解析领受数据并转化为浮点数显示在领受传感器数据区中。如标识符为“D”,则暗示传感器发来的数据,如为“S”,暗示尺度器发来的数据。将传感器的数据与尺度器的数据进行比对阐发,若是误差大于规定阈值,则将误差数据经由校准号令发送给传感器。温度校准的运转界面如图6所示,采用第二个串口的方针是确保在尺度器没有连接无线传感器收集接口时,间接把持串话柄现数据通信。把持5次持续温度检测的平均值进行校准,以确保校准精度[10]。

  

  图6 温度校准时的软件及时运转界面
 
  3.5 软件的安排及移植

  法式编写完成之后在VS 2005斥地环境中进行调试、方针设备、传输和谈等相关的设置,再将VS 2005与硬件设备平台进行连接握手,把持微软供给的对象ActiveSync将法式安排到手持式校准仪中,并可在方针设备上及时运转。

  为了将以上编译的使用法式固化到设备中,以便每次开机时都能主动运转,采用以下措施进行处置:
  (1)把使用法式Regulation.exe复制到PlatformBuilder 5.0安装目录下的FILES目录中。
  (2)建立Regulation.lnk 快速编制文件,放入FILES目录中。
  (3)打开Platform.bib文件,添加如下内容:
  Regulation.exe$(_FLATRELEASEDIR)Regulation.exeNK U;Regulation.lnk $(_FLATRELEASEDIR)Regulation.lnkNK U多么,施行SYSGEN的时候会把这两个文件插手到内核中,最后它们会具有于系统的Windows目录中。
  (4)打开Platform.dat,插手以下内容:
  Directory(“\windows\桌面”):-File(“校准仪。lnk”,“\windows\Regulation.lnk”)这将会在桌面上出现名称为“校准仪”的快速编制。
  (5)最后施行菜单Builder→Sysgen生成NK.bin和NK.nb0,把它们烧写或者下载到ARM 系统中启动后,就会在桌面上看到“校准仪”快速编制了。

  4 结 语

  经由系统的电路设想及软件编程,完成为手持式校准仪的设想,该手持式校准仪能够大概在无线传感收集主动景象抽象站现场便本地进行温度、湿度、气压等景象抽象要素的及时校准,具有使用便当、成本低廉等特点。经由改良完满,系统可使用于现实的物联网主动景象抽象站的校准中。