一种气象数据采集传输系统的设计.

一种气象数据采集传输系统的设计

近年来，我国气象灾害频发，严重影响人民群众的生活，尤其在交通方面有着较大的影响。依靠人工观测来采集气象数据不仅时效性差，而且无法适应偏僻、恶劣的环境条件，不能将采集到的各区域数据实时上传给决策控制中心，因而有必要研制一种便携、低功耗、数据通信稳定的气象数据采集系统。

随着传感器向着智能化、网络化方向的发展，无线网络技术在自动气象数据采集中得到了应用。利用ZigBee技术近距离、组网能力强、成本低及可靠性高的特点，使得气象站中传感器网络部署的有效时间得到延长，增强了网络的实用性，测量节点具有更长的生命周期。ZigBee技术自有的无线电标准，以接力的方式在多个测量节点之间相互协调实现通信，通信效率非常高，满足了交通气象参数采集传输的需要[1]。同时随着移动通信发展的宽带化、数据化、多应用化，手机作用的领域已经扩展到人们生活的很多方面。因此，将手机移动监测和ZigBee无线传输网络结合起来，并利用手机所具有的GPRS通信能力研制气象数据采集传输系统具有一定的意义。

1 系统设计与实现原理

本设计利用手机、ZigBee无线传输网络、气象数据采集检测等设备开发出一个能实现气象数据采集、存储并实时上传数据到上位服务器端的数据采集系统。其中手机负责接收来自ZigBee网络的数据，并对数据做出相应的判断和处理；ZigBee无线传输网络负责手机和数据采集检测部分的通信；气象数据采集检测部分负责所在区域内气象参数的检测、分析及处理。整个系统工作原理如图1所示。

系统的手机开发平台采用MTK架构套件，它集成了32位嵌入式ARM7处理器，支持GPRS、GSM消息传输，并具有128个引脚外部扩展接口，可以连接各种功能外设，还支持用J2ME Java来控制硬件。通过在此手机平台嵌入无线ZigBee射频模块，实现系统主控制器和各网络子节点的数据采集传输。

数据采集系统的硬件结构图如图2所示。

无线网络化传感器RFD(精简功能器件)模块采集数据信息，并通过ZigBee通信协议传输到FFD(全功能器件)模块；FFD模块将数据信息做简单处理、编码打包后通过串口将数据上传到手机平台；手机数据处理功能程序对气象数据进行进一步的补充描述，在手机上实现气象参数的显示、存储，并可通过手机的GPRS功能模块以文本形式将数据实时上传到服务器端。服务器端接收到现场数据进行进一步的处理后，提供决策支持，采取预防措施。

所采集的气象数据包括温度、湿度、风速、降水、能见度、大气压力等。

2 系统硬件设计

系统的硬件主要由基于CC2430的数据采集模块和手机平台两部分组成。手机平台要实现的硬件设计主要有：手机与CC2430的串口通信电路及GPIO电源控制设计；数据采集检测部分主要由CC2430芯片、传感器及外围部件构成。

2.1 数据采集模块设计

数据采集模块使用CC2430配合气象传感器实现数据的采集、传输，硬件连接图如图3所示。

CC2430节点模块主要由CC2430芯片和传感器构成。ZigBee是一种基于LR-WPAN的双向无线通信技术标准。可以工作在2.4 GHz的ISM频段，数据速率可达到250 kb/s。CC2430系统芯片就是以ZigBee技术为基础的2.4 GHz 射频系统单芯片。以51单片机为核心，集成了收发通道，具有模数转换器、21个可用数字IO接口，可以与多种参数传感器进行直接连接。CC2430工作电流损耗为27 mA,适合本系统的工作低功耗要求。CC2430将气象传感器采集的数据经模数转换及数据处理后，将结果通过ZigBee无线传感器网络发送出去，以供手机接收使用。

CC2430气象数据采集传输模块如图4所示。

2.2 串口通信接口设计

需要实现手机与CC2430模块的数据通信。将CC2430制作为符合标准的扩展板，手机通过串口2与CC2430扩展板连接。应用的基本框架如图5所示。在开发手机的UART的发送（UTXD）和接收脚（URXD），分别与CC2430的RXD、TXD引脚连接，构成两者之间的数据传输。