【自组网气象站的硬件设计案例2200字】

自组网气象站的硬件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u25632自组网气象站的硬件设计案例 176251.1自组网气象站硬件结构 1137811.2核心控制器选型 2200411.3微处理器核心模块设计 351431.3.1系统电源电路设计 3169921.3.2STM32最小系统电路设计 4288921.3.3SD卡存储电路设计 5205021.4数据通信传输模块设计 5282361.1.1无线射频模块基本结构 5113051.1.2无线射频模块各引脚功能 611551.1.2硬件连接及测试准备 7295251.5小结 91.1自组网气象站硬件结构本次adhoc系统的主要实现的是综合自动气象站的传感器等功能模块的采集信号、处理数据、存储与显示以及传输数据的功能。根据这些功能，自组网系统的硬件部分主要分为三个模块：传感器的信号记录模块，微处理器的核心处理模块和数据传输模块。=1\*GB3①传感器信号采集模块主要实现一体式自动气象站的信号采集，在设计时需充分考虑各传感器及功能模块信号采集特点，选取合适的采集电路，采集到的数据交由微处理器处理；=2\*GB3②微处理器核心处理模块是系统的控制中心，负责给系统各模块供电、实现与系统各模块之间的信息交互、数据处理、数据显示及数据存储等功能，同时嵌入式软件系统运行在此模块上。=3\*GB3③数据通信传输模块主要实现一体式自动气象站的数据通信，主要是GPRS通信方式。一体式自动气象站的硬件结构框图如图1.1所示。图1.1系统硬件结构框图自组网气象站的终端主要包括：传感器、控制器、数据采集器和外部结构件。传感器主要是配合自组网气象站完成气象信息的采集，主要包括以下几要素：降雨量、风速、风向、温度、湿度、气压、路况、视觉和天气现象。数据采集器主要包括：控制器、数据采集器、存储单元、通讯单元、防雷单元、供电单元、扩展单元等。1.2核心控制器选型主控器：以单板机为核心的控制器，主要负责运算处理与管理，配合嵌入式软件，与采集器、存储单元、通讯单元、供电单元协调工作，具有硬件看门狗、时钟同步功能。数据采集器电路主板采用主板加底板的方式，这样可以灵活修改底板接口，使得数据采集电路更加灵活[13]。在自组网气象站的设计中，选用内核CPU为工业级品质的STM32系列芯片。STM32系列芯片是意法半导体公司推出的一款具有性能高、成本低廉、功耗低等特点的ARMCortex-M3内核嵌入式芯片STM32F10x系列非互联性的MCU的系统架构，如下图1.2所示。图1.2STM32架构1.3微处理器核心模块设计1.3.1系统电源电路设计气象监测系统通常用于野外工作，系统采用太阳能电池板、锂电池给系统供电。太阳能板通过微型太阳能充电控制器以脉冲恒压充电方式给锂电池充电，锂电池继而给整个系统提供12V直流电源。锂电池给系统提供的电压为12V，通过三级降压给系统各个功能模块供电，三级降压能够在一定程度上降低供电系统对系统中各模块的影响，同时也为各个模块提供不同电压的需要。电源电路分别如图1.3、1.4、1.5所示。图1.312V转5V电源电路图1.45V转3.3V电源电路图1.55V转-5V电源电路1.3.2STM32最小系统电路设计最小的系统由STM32微处理器的程序下载电路和外围电路组成，外围电路主要由复位电路和晶体振荡器电路组成、滤波电容器组、模拟电源输入以及模拟参考电源组成[14]。STM32最小系统的原理图如1.6所示。图1.6STM32最小系统电路1.3.3SD卡存储电路设计STM32微处理器的工作基础是根据SD卡的数据存储过程，每分钟在SD卡中以及STM32微处理器和SD卡之间存储RTC数据时间和分钟观察元素值[15]。通信电路如图1.7所示。图1.7SD卡存储电路1.4数据通信传输模块设计随着射频技术和集成交换技术的发展，无许可证的ISM（industrial，scientificandmedicalresearch）频段的短距离无线通信得到了越来越多的应用[15]。为了使本系统能够在应急气象环境监测服务中能够使用无线传输功能，并且能够进行无线的组网以及与手持设备进行通信，需扩展无线射频功能。1.1.1无线射频模块基本结构根据通信根据距离，无线传输可以分为无线长距离传输和无线长距离传输。短程无线传输，主要是射频通讯模块[16]。本次设计选用了E22-900TBL-01模块，该模块是贴片串口模块结合USB转TTL串口底板形成的成套测试产品，供客户测试及开发，大大降低了客户的测试及开发难度，该终端的基本结构，如图1.18所示。图1.18E22-900TBL-01终端结构1.1.2无线射频模块各引脚功能其引脚描述，如表1.1所示。表1.1E22-900TBL-01终端引脚描述引脚序号定义功能说明15V底板上5V网络，可用跳线帽与VCC短接，用于模块电源输入2VCC模块电源输入33.3V底板上3.3V网络，可用跳线帽与VCC短接，用于模块电源输入4GND底板参考地5VCC模块电源输入6NC1用户无需关心7NC2用户无需关心8NC3用户无需关心9RXD底板RXD，连接模块的TXD引脚，用于测试10TXD底板TXD，连接模块的RXD引脚，用于测试11AUX模块AUX，具体功能请参照模块对应的用户手册12M1模块M1，用于模块模式选择，悬空为“1”，跳线帽与GND短接为“0”13GND底板参考地，常与M1搭配使用14M0模块M0，用于模块模式选择，悬空为“1”，跳线帽与GND短接为“0”15GND底板参考第，常与M0搭配使用1.1.2硬件连接及测试准备硬件连接需使用MicroUSB线以及天线，对应连接到E22-900TBL-01上，然后打开相应的串口。模式0通信：如图1.19所示，插接好跳线帽（选择5V供电，模式0），两个E22-900TBL-01均如此配置，打开相应串口，即可收发数据，并可观察到底板AUX灯闪烁。图1.19模式0通信模式1通信：如图1.20所示，插接好跳线帽（选择5V供电，模式1）图1.20模式1通信模式2通信：如图1.21所示，插接好跳线帽（选择5V供电，模式2）图1.21模式2通信模式1通信：如图1.22所示，插接好跳线帽（选择5V供电，模式3）图1.22模式3通信1.5本章小结本章主要介绍了自组网气象站的硬件设计以及无线传输部分的无线射频模块的选取