无线传感器网络的气象观测系统研制

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1、南京信息工程大学硕士学位论文(2)中国华云技术开发公司生产的CAWS600气象观测自动站，如图1-2所示。CAWS600气象观测自动站由硬件和软件两部分组成，硬件包括传感器、采集器、通讯系统、供电系统，软件主要采用OSSM2004业务软件"2。CAWS600气象观测自动站通讯方式为RS232接口与PC机直接通讯，遥测距离为200rn;供电方式采用CAWS-DY03交流供电系统，输入为AC180?240V(交流），并提供12V蓄电池1块，停电后工作时间3天。图1-1DZZ2型^动""气图1^

2、CAWS600气象观测自动站''(3)芬兰Vaisala公司生产的Milos500自动气象站，如图1-3所示。该自动气象站由气象传感器、数据采集器和主控微机组成K各种传感器和数据采集器安装在室外，主控微机安装于室内。Milos500有4个I/O串口，通过一个串口可链接几个器件。图1-3Milos500自动气象站1.3无线传感器网络的发展现状随着传感器技术、嵌入式计算技术和无线通信技术的高速发展，孕育出了无线传感器2^第一章绪论^网络（WirelessSensorNetworks),并

3、以其距离近、低成本、低功耗、自组织和分布式的特点，带来了信息感知的一场革命。无线传感器网络是由大量具有特定功能的传感器节点，通过无线短距离通信方式，相互传递信息的一个多跳自组织网络[7]。目前有4种比较热门的无线短距离通信技术可组建无线传感器网络，它们分别是ZigBee,蓝牙（Bluetooth)、无线局域网（Wi-Fi)和近距离无线传输（NFC)，它们的特点分别如下：(1)ZigBee:通信距离远，可达100m;功耗低，两节5号的电池可支持长达6个月到2年左右的使用时间；采用了碰撞避免机制，

4、避免了数据发送时的竞争和冲突；联网时间极短，只有30毫秒；釆用64位出厂编号并且支持AES-128加密，具有高保密性；网络容量大，可支持高达65000个节点?。(2)Bluetooth:发送功率为ImW时通信距离可达lOm,发送功率为lOOmW时通信距离可达lOOm;使用快速调频技术（1600跳/s)抗干扰；使用IMb/s速率来达到最大限制带宽；采用CTSD语音编码，可在高误码率下使用；发射功率自适应，低干扰；采用无基站组网方式，可实现1个蓝牙设备最多同时和7个其他蓝牙设备通信，并支持点对点和

5、单点对多点连接[9]。(3)Wi-Fi:覆盖范围广，可达100m;传输速度快，可达到llMb/s;可以连接的网络节点达50个；建网快，网络结构弹性化，组网灵活['°]。(4)NFC:通信距离为O.lm;可快速自动地组建无线网络，为蓝牙设备、Wi-Fi设备和蜂窝设备等提供"虚拟"连接，从而使电子设备间可以在短距离范围内进行通信；简化了设备间认证识别的过程，使设备间互相访问更直接。NFC组合了所有设备的身份识别应用和服务，解决了记忆多个密码的麻烦，且保证了数据的安全['']。通过对4种无线短距离

6、通信技术的特点对比可以看出，ZigBee的通信距离和Wi-Fi差不多，且其保密性好、功耗低、网络容量大，所以更适合组建无线传感器网络。1.4本论文研究内容本文利用无线传感器网络，设计了新型气象观测系统。该系统通过ZigBee协议组建无线传感器网络，各个气象传感器节点加入网络后将气象数据无线发送给协调器，由协调器通过RS232直接连接PC或连接数据通信器将数据上传给上位机，并可通过校准器对各个传感器节点进行校准，同时校准器可将校准结果发送给无线打印机打印。该系统实时性好、功耗低、易于安装和维护，能

7、基本满足现在对气象观测的要求。该系统具有以下优点：(1)能够实时自动采集各种气象传感器数据，受环境的影响较低，为气象预报提供及时详细的气象数据。3南京信息工程大学硕士学位论文(2)避免了有线自动气象站的布线困难、受地形限制等缺点，因而适合在地形复杂的地方安装和使用。.(3)避免了校准装置和自动气象站之间的连线，便于对自动气象站各个传感器节点的无线校准。(4)避免了打印机必须与上位机相连，能及时准确的打印校准结果。综上所述，该无线传感器网络的气象观测系统具有无布线成本、安装方便、使用简单

8、、便于校准和维护等特点，提高了气象站的监测、预报的工作效率，为气象站的天气预报、灾害判断提供了及时有效的气象数据。本论文的工作情况如下：(1)设计基于CC2530的网络协调器，实现气象传感器的网络组网，并接收各个气象传感器节点发送的数据，将这些数据发送给上位机；(2)设计了基于CC2530的手持式校准器，用于存储、显示和校准自动气象站的各个气象传感器，并用于发送校准结果给无线打印机；(3)设计了基于CC2530的无线打印机，用于打印手持式校准器发送的校准结果数据。(4)将上述的各个模块集