基于ARM的气象数据自动采集系统

摘要

针对目前国内气象数据自动采集系统基本采用国外产品的现状，提出了一种基于ARM和CAN总线的多通道气象数据采集系统的设计方法。在设计中，通过软硬件技术相结合，实现了对模拟信号、数字信号和智能传感器数据的采集要求。为了提高系统的实时应答能力和多任务处理能力，在硬件结构设计上采用了“主采集器+外部总线+子采集器+传感器+外围设备”。CAN总线用于子采集器和主采集器之间的通信。同时，采用嵌入式c语言对气象数据进行完整编码。系统利用GPRS调制解调器将气象数据发送到服务器进行监测。气象数据也被发送到预先注册的手机号码。各部件之间采用电缆连接，以实现数据的高效传输。

介绍

如今，气象已与人类的民用和工业活动密切相关。气象探测在国防和社会经济发展中发挥着重要作用。随着国家可持续发展战略的逐步实施，气象探测对我们更加重要。与此同时，由于印度基本上是农业经济，对气象观测的需求也在不断增加，特别是在农业领域。气象数据采集系统的传统设计模式是基于单片机的。在这种情况下，系统精度、实时分析能力、人机界面等都存在很多问题。这种技术限制了计算能力、存储容量和信息量。与上述情况相比，使用嵌入式C编码的模式更受欢迎，因为它更小，更容易学习、理解、编程和调试。C编译器可用于目前使用的几乎所有嵌入式设备，并且有大量有经验的C程序员。与汇编不同，C语言具有处理器独立的优势，并且不特定于任何特定的系统。 This makes it convenient for a user to develop programs that can run on most of the systems. It is fairly efficient and supports access to I/O and provides ease of management of large embedded projects. This pattern also has many other advantages, such as speeding up the development of the system, facilitating the works of the future expansion, improving the timeliness and accuracy of the meteorological observation, and achieving the commands of automatic meteorological observation.

系统设计

如图1所示，气象数据自动采集系统的设计基于GPRS和CAN总线。

节点:

服务器端:嵌入式Linux是一种小型的操作系统，它是由一个截断的核心(内核)和几个根据需要的模块组成的。其特点如下，微核只有几百KB;支持X86和30多种8bit ~ 64 bit的MPU和MCU，支持多种ROM存储器;多任务、多进程和一定实时性支持完整通信网络的特点;支持TCP / IP协议等通用协议;支持自研协议;图形用户界面(GUI);支持网络、数据库和多媒体，通过网络进行数据通信，实时处理数据;源已打开，可根据具体需要进行切割;一系列开发工具; a good property of software open and the program on the Linux host can be transplanted to embedded Linux system freely, a strong technical support and so on.

CAN(控制器局域网)现场总线是一种串行多主通信网络。CAN不仅是一个网络，而且是一种协议。其主要特点是，模式基于CSMA / CD模型，采用非破坏性仲裁机制，数据结构短帧;CRC数据校验功能，数据传输基于差分方式，队列优先级根据消息ID，系统具有良好的扩展性、抗干扰能力和可靠性。

基于多任务、实时嵌入式C和CAN网络的气象数据自动采集系统构成了一个模块式的结构，便于将来的更新或变更。

A.系统硬件设计

如图1所示，自动气象数据采集系统硬件由主采集器、子控制器、传感器和外围设备(包括电源、[终端]计算机、通信接口和外部存储器)组成。采用lpc2129单片机构建主采集器和子采集器微处理器。它的频率可达200MHz，芯片上集成了CAN总线控制器。子收集器通过CAN总线挂接到主收集器上。它有一个16kb的片上静态内存和128/256 kB的片上Flash程序内存。

为了实现自动气象数据采集系统的最小配置，主采集器只加入了温度传感器(LM 35)、湿度传感器(HS 220)和pH计等几个基本气象要素传感器，负责采集基本气象数据。

此外，主采集器负责收集、控制、处理、存储、传输各类气象因子数据，并完成子采集器的配置和管理功能。的sub-colle

同时，它还负责在工作状态下按照预定的采样频率扫描其铰接传感器，并在接收到主采集器发送的同步信号后将采样数据发送给主采集器。当系统因环境变化或技术进步而需要扩充或增加元件传感器时，我们无需改变现有传感器的连接方式和线路。我们只需要在系统中添加新的子收集器和/或传感器，并进行简单的软件升级或配置。

B.系统软件设计

系统软件包括嵌入式操作系统和应用软件。Keil为ARM系列提供了广泛的开发工具，如ANSI C编译器、宏汇编器、调试器和模拟器、链接器、IDE、库管理器、实时操作系统和评估板。

系统软件由主控制器和子控制器组成。主控制器包括:Linux程序、模数转换器初始化过程和控制区域网络。此外，还需要扩展几个功能，如，实现对CAN master的协议，实现对jffs2文件系统的内置存储器和外部存储卡，数据的基本采集、处理、存储和互联网传输，建立Web服务器和远程参数设置，数据监控，数据文件的加载和主采集器的复位。子采集器软件需要实现对CAN从站的协议，根据预先确定的采样频率扫描其铰接传感器，将获得的电信号转换为可读的单片机信号，获得气象变量的测量序列，将气象变量的测量值转换为气象单位，将传感器输出信号转换为气象单位，得到瞬时采样值，并根据CAN协议将采样值发送到CAN总线。《迦勒书》的汇编

《迦勒书》的汇编

编译器将C源文件转换为可重定位的对象模块，其中包含用于μVision调试器或在线模拟器调试的完整符号信息。除所述目标文件外，编译器生成一个清单文件，该清单文件可选地包括符号表和交叉引用信息。大多数预处理器函数都需要通过在源代码中包含预处理器指令来激活。然而，预处理器总是:将每个C注释替换为一个空格，删除行continuation(由行末的反斜杠('\')表示)，并将分隔开的行连接起来进行编译，并用预定义的文本替换预定义的宏名称。除了这些操作，Cx51编译器中的预处理器还支持预处理器操作:头文件、宏和条件编译。

3)设备驱动程序

操作系统负责管理系统的软件和硬件。设备驱动程序是硬件和用户应用程序之间的桥梁。它们通过提供接口功能，使应用程序与底层硬件无关。对于系统，我们需要为I/O口、串口和CAN控制器准备驱动器。

4)应用软件

应用软件主要包括系统数据质量控制软件、数据处理软件和Web浏览器界面。系统的数据质量控制软件对采集到的数据进行预处理，剔除不合理的数据。然后将得到的数据传输到数据处理软件进行处理，形成规定的数据格式。Web浏览器将为用户提供一个数据浏览页面。用户通过浏览页面查看数据。除了网页之外，他或她还可以通过手机访问数据。用户必须在上述服务的网页上预先登记他或她的手机号码。同时，用户可以实现数据查询和数据检索功能。系统实现如图2所示。

结论

该系统采用嵌入式C语言和CAN总线架构，具有积木式结构和智能功能模块。在软件设计方面，支持系统各功能模块的任意组合。因此，无需改变原有的硬件和软件设计，只需在系统中增加新的子采集器和传感器，并进行简单的软件升级。该设计具有气象探测实时性高、精度高、自动化程度高、性价比高、观测时间长、连续、可靠性好、稳定性高、抗干扰能力强等优点。

数字一览

图1 图2

参考文献

欧志良，Ã① “基于CAN总线的气象数据自动采集系统的设计与实现”。Ã①’”计算机测量与控制，pp.491-498,2006。 胡志奎，李建强，â '  '基于嵌入式Linuxâ ' Â的气象数据自动采集系统设计。电子工程师,卷。30，第2期，第69-71页，2004。 舒智波等，Ã① '  '现场总线运动控制SystemÃ① ' Â]。电子工业出版社2006。