基于ARM-Linux的無線氣象數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

自動氣象站數(shù)據(jù)采集器一般基于單片機(jī)或PC/104總線控制器設(shè)計，具有與PC兼容性好、功耗低、體積緊湊等特點(diǎn)，然而如何設(shè)計出功能強(qiáng)大，網(wǎng)絡(luò)傳輸功能強(qiáng)的自動氣象站數(shù)據(jù)采集器，滿足現(xiàn)代氣象檢測的要求，是一個值得研究的課題。

文中基于ARM微處理器和Linux操作系統(tǒng)平臺，借助前端無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)輸入，利用嵌入式Qt的開發(fā)優(yōu)勢并設(shè)計數(shù)據(jù)通信格式，完成無線氣象數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可靠傳輸。為天氣預(yù)報、科學(xué)研究、氣象災(zāi)害預(yù)警等提供實(shí)時的氣象觀測數(shù)據(jù)。

1 無線氣象數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成

如圖1所示，無線氣象數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器、數(shù)據(jù)通信器(數(shù)據(jù)通信器以S3C2440AL為核心)、遠(yuǎn)程服務(wù)器等組成，完成對數(shù)據(jù)的采集、處理、傳輸和存儲等功能。數(shù)據(jù)的采集基于CC2530的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點(diǎn)將采集到的氣象數(shù)據(jù)定時發(fā)送給協(xié)調(diào)器，再由協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)通過RS232接口傳給數(shù)據(jù)通信器，數(shù)據(jù)通信器按氣象數(shù)據(jù)處理規(guī)范對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，一方面顯示在液晶顯示屏上，另一方面經(jīng)以太網(wǎng)發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器。此外，數(shù)據(jù)通信器保存接收的數(shù)據(jù)。

2 硬件電路設(shè)計

2.1 CC2530與S3C2440AL的連接

CC2530是TI公司以C51為內(nèi)核的ZigBee芯片，它支持IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)以及ZigBee、ZigBee PRO和ZigBee RF4CE標(biāo)準(zhǔn)，提供101 dB的鏈路質(zhì)量，具有高接收靈敏度和強(qiáng)抗干擾性，同時具有低功耗、低成本、時延短、高安全等特點(diǎn)。此外，系統(tǒng)采用Samsung S3C2440AL來實(shí)現(xiàn)高分辨率彩色顯示、觸摸控制、高速數(shù)據(jù)處理及管理、網(wǎng)絡(luò)接口擴(kuò)展等需要。

CC2530與S3C2440AL之間采用串口通信，其連接如圖2所示。CC2530的串行數(shù)據(jù)發(fā)送端P0_3與S3C2440AL的串行數(shù)據(jù)接收端RXD1相連，CC25 30的串行數(shù)據(jù)接收端P0_2與S3C2440AL的串行數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD1相連。此處將CC2530的設(shè)備類型設(shè)置為協(xié)調(diào)器，實(shí)現(xiàn)無線接收各個傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的氣象數(shù)據(jù)。

2.2 S3C2440AL外圍電路設(shè)計

由于系統(tǒng)需要移植嵌入式Linux操作系統(tǒng)、安裝微型數(shù)據(jù)庫、運(yùn)行可視化應(yīng)用程序、存儲氣象數(shù)據(jù)以及將數(shù)據(jù)經(jīng)過以太網(wǎng)發(fā)送給遠(yuǎn)程服務(wù)器，需要擴(kuò)展液晶顯示器、外部存儲器、以太網(wǎng)控制器等。液晶顯示屏采用320x240分辨率的3.5英寸觸摸真彩液晶屏，SDRAM采用H57V25 62GTR，NANDFLASH采用K9F1216UOA，以太網(wǎng)控制器采用單芯片快速以太網(wǎng)MAC控制器DM9000。S3C2440AL部分外圍電路如圖3所示。