專利名稱：便攜式氣象儀的內(nèi)置通信模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種便攜式氣象儀的內(nèi)置通信模塊。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有便攜式氣象儀的通信方式單一，當(dāng)該種通信方式不能正常工作時(shí)，將阻斷氣象儀對于相應(yīng)氣象參數(shù)的采集，極大地影響了后續(xù)氣象參數(shù)的分析處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種便攜式氣象儀的內(nèi)置通信模塊，該內(nèi)置通信模塊配置了三種擇一運(yùn)行的通信方式，因此，進(jìn)行氣象參數(shù)采集時(shí)，可以在極大程度上保證采集時(shí)間的連續(xù)性。為實(shí)現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案:
一種便攜式氣象儀的內(nèi)置通信模塊，該內(nèi)置通信模塊包括DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路以及嵌入式計(jì)算機(jī)；所述嵌入式計(jì)算機(jī)，為C8051F020單片機(jī)，配置串口擴(kuò)展電路，集成有氣象儀通信控制程序；該嵌入式計(jì)算機(jī)分別與北斗通信設(shè)備、CDMA通信設(shè)備以及短波通信設(shè)備通信連接，北斗通信設(shè)備包括北斗衛(wèi)星通信模塊以及與北斗衛(wèi)星通信模塊連接的北斗天線，CDMA通信設(shè)備包括CDMA MODEM模塊以及與CDMA MODEM模塊連接的CDMA天線，短波通信設(shè)備包括短波電臺(tái)；C8051R)20單片機(jī)通過氣象儀通信控制程序自動(dòng)控制北斗通信設(shè)備、CDMA通信設(shè)備以及短波通信設(shè)備的擇一運(yùn)行或者制停內(nèi)置通信模塊通信工作；氣象儀的電源模塊通過DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路分別為CDMA MODEM模塊、北斗衛(wèi)星通信模塊、C8051R)20單片機(jī)提供合適電源。所述C8051F020·單片機(jī)與氣象儀之間的通信接口以及C8051F020單片機(jī)與短波電臺(tái)之間的通信接口均為RS-232C串口。C8051F020單片機(jī)的一個(gè)串口通過北斗衛(wèi)星通信模塊與北斗接收天線連接，另一個(gè)串口則與氣象儀連接，同時(shí)C8051F020單片機(jī)通過串口擴(kuò)展電路分別與CDMA MODEM模塊、短波電臺(tái)連接。所述北斗衛(wèi)星通信模塊為BI24型北斗一代終端一體化模塊。CDMA MODEM 模塊為 EM200 CDMA MODEM 模塊。CDMA MODEM模塊、北斗衛(wèi)星通信模塊、C8051R)20單片機(jī)的工作電壓分別為:4V、10.8V、3.3Vo本發(fā)明的另一技術(shù)目的是提供一種上述便攜式氣象儀的內(nèi)置通信模塊的氣象儀通信控制程序，包括以下步驟:(I)啟動(dòng)內(nèi)置通信模塊；(2 )啟動(dòng)單片機(jī)初始化程序模塊，該單片機(jī)初始化程序模塊用于設(shè)置C8051F020單片機(jī)的工作參數(shù)；(3)啟動(dòng)氣象儀通信程序模塊，該氣象儀通信程序模塊用于接收并暫存便攜式氣象儀的數(shù)據(jù)、啟動(dòng)通信服務(wù)程序模塊、向通信服務(wù)程序模塊轉(zhuǎn)發(fā)氣象中心站的命令；(4)啟動(dòng)通信服務(wù)程序模塊，該通信服務(wù)程序模塊根據(jù)CDMA MODEM模塊、北斗衛(wèi)星通信模塊、短波電臺(tái)三種通信模塊的命令，擇一地控制各自對應(yīng)的通信設(shè)備，向氣象儀通信程序模塊轉(zhuǎn)發(fā)整點(diǎn)和分鐘數(shù)據(jù)，接收氣象中心站整點(diǎn)和分鐘查詢命令。進(jìn)一步地，通信服務(wù)程序模塊包括以下步驟:a、選擇北斗通信設(shè)備，若北斗通信設(shè)備能夠正常工作，啟動(dòng)北斗衛(wèi)星通信服務(wù)程序，反之選擇CDMA通信設(shè)備；若CDMA通信設(shè)備能夠正常工作，啟動(dòng)CDMA通信服務(wù)程序，反之選擇短波通信設(shè)備，若短波通信設(shè)備能夠正常工作，啟動(dòng)短波通信服務(wù)程序，反之結(jié)束內(nèi)置通信模塊的通信連接
根據(jù)以上的技術(shù)方案，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下的有益效果:
本發(fā)明所述內(nèi)置通信模塊配置了三種擇一運(yùn)行的通信方式，因此，進(jìn)行氣象參數(shù)采集時(shí),可以在極大程度上保證采集時(shí)間的連續(xù)性。


圖1是本發(fā)明 所述的內(nèi)置通信模塊組成示意 圖2是本發(fā)明所述的內(nèi)置通信模塊硬件整體設(shè)計(jì)框 圖3是本發(fā)明所述的內(nèi)置通信模塊軟件整體設(shè)計(jì)流程 圖4是本發(fā)明所述氣象儀的電源電路 圖5是本發(fā)明所述的DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路 圖6是C8051F020單片機(jī)復(fù)位和裝備選擇電路；
圖7是C8051F020單片機(jī)JTAG調(diào)試接口電路；
圖8是C8051F020單片機(jī)電路；
圖9是本發(fā)明所述的串口擴(kuò)展電路；
圖10是本發(fā)明所述的CDMA MODEM模塊電路；
圖11是本發(fā)明所述的北斗模塊電路；
圖12是本發(fā)明所述的MAX3232串口收發(fā)器芯片的通信接口電路。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖1所示，本發(fā)明所述的內(nèi)置通信模塊集成在便攜式氣象儀內(nèi)，包括嵌入式計(jì)算機(jī)、CDMA模塊、北斗模塊、電源模塊和通信接口組成。主要功能是提供便攜式氣象儀與氣象中心站通信的北斗衛(wèi)星通信、短波通信和CDMA無線通信信道。如圖2所示，內(nèi)置通信模塊的硬件包括嵌入式計(jì)算機(jī)、串口擴(kuò)展電路、CDMA MODEM模塊、北斗衛(wèi)星通信模塊、通信接口和DC/DC電源組成。內(nèi)置通信模塊的軟件采用Keil C51作為開發(fā)平臺(tái)。a)嵌入式計(jì)算機(jī)
嵌入式計(jì)算機(jī)的功能是運(yùn)行通信軟件和提供控制其他模塊的接口，從體積、重量、功耗、環(huán)境適應(yīng)性和開發(fā)難度等方面綜合考慮，嵌入式計(jì)算機(jī)選用C8051R)20單片機(jī)，該單片機(jī)兼容國內(nèi)外廣泛使用的MCS-51系列單片機(jī)，主要技術(shù)特性如下:
①CPU處理能力:20MIPS
②通訊接口:2路UART串口
③程序存儲(chǔ)器:64KB④數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器:4096B
⑤工作溫度:-40°C 80°C
C8051F020單片機(jī)電路設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)，如圖6-8所示。b)串口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) C8051F020的兩個(gè)串口已用于控制北斗模塊和連接氣象儀，因此內(nèi)置通信模塊需擴(kuò)展串口，采用VK3266串口擴(kuò)展芯片擴(kuò)展4個(gè)串口，使用其中的兩個(gè)，分別用于控制CDMA MODEM和短波電臺(tái)，如圖9所示。c)CDMA MODEM模塊電路設(shè)計(jì)
CDMA MODEM模塊選用華為公司的EM200 CDMA MODEM模塊(或其他公司同類型模塊)。EM200模塊是華為公司研發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)級(jí)模塊。模塊支持語音、數(shù)據(jù)、短信等功能。EM200模塊適用基于CDMA技術(shù)的車載/船載、無線終端、數(shù)據(jù)卡、數(shù)據(jù)傳輸、實(shí)時(shí)監(jiān)控和實(shí)時(shí)圖像傳輸?shù)阮I(lǐng)域。其指標(biāo)符合要求。EM200 CDMA MODEM模塊電路設(shè)計(jì)主要是連接VK3266和EM200 CDMA MODEM模塊的通信接口，如圖10所示。d)北斗模塊
北斗衛(wèi)星通信模塊選用中電54所的BI24型北斗一代終端一體化模塊，該模塊是中電54所基于自主研發(fā)的北斗一代射頻芯片和基帶芯片研制而成，主要由低噪聲放大器、高功率放大器、射頻芯片和基帶芯片四部分組成，功能可滿足用戶在陸地和海上對衛(wèi)星導(dǎo)航定位和報(bào)文通信的要求，參數(shù)指標(biāo)符合“北斗一號(hào)”用戶機(jī)測試大綱要求，且體積小、功耗低、可靠性高。其指標(biāo)能夠達(dá)到系統(tǒng)要求。北斗模塊電路設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)北斗模塊的電源電路和北斗模塊與C8051F020單片機(jī)的通信接口，如圖11所示。e)通信接口
通信接口主要是與短波電臺(tái)的通信控制接口和與便攜式地面觀測設(shè)備的通信接口，二者均采用RS-232C串口，電路設(shè)計(jì)主要是將C8051F020單片機(jī)的TTL電平串口和擴(kuò)展的TTL電平串口電平轉(zhuǎn)換成RS-232C電平，選用MAX3232串口收發(fā)器芯片，如圖12所示。f)電源
DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路，負(fù)責(zé)將氣象儀提供的12伏直流電源轉(zhuǎn)換為各模塊使用的3.3V、4V、12伏電源。這部分電路采用DC-DC模塊和穩(wěn)壓芯片設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，如圖4、5所示。(2)軟件設(shè)計(jì)
內(nèi)置通信模塊軟件由單片機(jī)初始化程序、氣象儀通信程序、北斗衛(wèi)星通信服務(wù)程序、CDMA通信服務(wù)程序、短波通信服務(wù)程序等5個(gè)軟件模塊組成。軟件主程序流程圖如圖3所
/Jn ο單片機(jī)初始化程序模塊的主要功能是設(shè)置單片機(jī)芯片工作參數(shù)，如配置交叉開關(guān)、看門狗參數(shù)、各種通信設(shè)備所用串口的波特率等，三種通信設(shè)備數(shù)據(jù)傳送采用中斷方式實(shí)現(xiàn)，還需設(shè)置串口的中斷使能、中斷優(yōu)先級(jí)和中斷標(biāo)志等參數(shù)。氣象儀通信程序模塊的主要功能是接收并暫存便攜式地面觀測設(shè)備的數(shù)據(jù)，啟動(dòng)通信服務(wù)程序模塊，以及向便攜式地面觀測設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)氣象中心站命令。三種通信服務(wù)程序模塊的主要功能是根據(jù)三種通信設(shè)備的命令集控制通信設(shè)備，轉(zhuǎn)發(fā)整點(diǎn)和分鐘數(shù)據(jù)，接收氣象中心站整點(diǎn)和分鐘查詢命令。內(nèi)置通信模塊集成在采集通信終端內(nèi)，主要功能是提供便攜式地面氣象觀測設(shè)備與氣象中心站通信系統(tǒng)通信的信道。內(nèi)置通信模塊由單片機(jī)、CDMA MODEM模塊、北斗衛(wèi)星通信模塊、短波電臺(tái)通信控制接口、數(shù)據(jù)采集器通信接口、DC/DC電源組成，
單片機(jī)的功能是運(yùn)行通信軟件，提供控制其他模塊的接口，選用C8051R)20單片機(jī)；CDMA MODEM模塊選用EM200 CDMA MODEM模塊(或其他同性能模塊)；短波電臺(tái)通信控制接口、數(shù)據(jù)采集器通信接口均采用RS-232C串口 ；DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路，負(fù)責(zé)將12V直流電源轉(zhuǎn)換為各模塊使用的3.3V (單片機(jī))、4V (CDMA)U0.8V (北斗)電源，采用DC-DC芯片設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。北斗衛(wèi)星通信模塊選用中電54所的BI24型北斗一代終端一體化模塊。該模塊是中電54所基于自主研發(fā)的北斗一代射頻芯版和基帶芯片研制而成，主要由低噪聲放大器、高功率放大器、射頻芯片和基帶芯片四部分組成，可在陸地和海上對衛(wèi)星導(dǎo)航定位和報(bào)文通信，具備一次最多可發(fā)送200個(gè)字節(jié)的通信能力，響應(yīng)時(shí)間為60s，能滿足便攜式地面氣象觀測設(shè)備通信要求。短波電臺(tái)是在北斗與CDMA通信方式無法使用的情況下的備份通信手段。選用能與TCR212型125W車載短波電臺(tái)配套的TBR212型背負(fù)式短波電臺(tái)，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率為75bps 2400bps，采用RS232C數(shù)據(jù)接口，背負(fù)式短波電臺(tái)總質(zhì)量不超過10kg，天線為Im鞭狀。由自身攜帶的蓄電池提供直流24V供電，在每間隔10分鐘通信一次，每次通信持續(xù)I分鐘的情況下能保證連續(xù)工作時(shí)間不小于24小時(shí)。單片機(jī)的功能是運(yùn)行通信軟件和提供控制其他模塊的接口，選用C8051R)20單片機(jī)。北斗模塊選用北斗一代終端一體化模塊，該模塊功能可滿足用戶在陸地和海上對衛(wèi)星導(dǎo)航定位和報(bào)文通信的要求，參數(shù)指標(biāo)符合“北斗一號(hào)”用戶機(jī)測試大綱要求，且體積小、功耗低、可靠性高。預(yù)留北斗二 號(hào)接口。CDMA MODEM模塊選用EM200 CDMA MODEM模塊(或其他同性能模塊)；短波電臺(tái)的通信控制接口和與便攜式地面觀測設(shè)備的通信接口均采用RS-232C串口 ；電源為DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路，負(fù)責(zé)將12V直流電源轉(zhuǎn)換為各模塊使用的3.3V.4VU0.8V電源，采用DC-DC芯片設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種便攜式氣象儀的內(nèi)置通信模塊，其特征在于:該內(nèi)置通信模塊包括DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路以及嵌入式計(jì)算機(jī)；所述嵌入式計(jì)算機(jī)，為C8051R)20單片機(jī)，配置串口擴(kuò)展電路，集成有氣象儀通信控制程序；該嵌入式計(jì)算機(jī)分別與北斗通信設(shè)備、CDMA通信設(shè)備以及短波通信設(shè)備通信連接，北斗通信設(shè)備包括北斗衛(wèi)星通信模塊以及與北斗衛(wèi)星通信模塊連接的北斗天線，CDMA通信設(shè)備包括CDMA MODEM模塊以及與CDMA MODEM模塊連接的CDMA天線，短波通信設(shè)備包括短波電臺(tái)；C8051R)20單片機(jī)通過氣象儀通信控制程序自動(dòng)控制北斗通信設(shè)備、CDMA通信設(shè)備以及短波通信設(shè)備的擇一運(yùn)行或者制停內(nèi)置通信模塊通信工作；便攜式氣象儀的電源模塊通過DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路分別為CDMA MODEM模塊、北斗衛(wèi)星通信模塊、C8051F020單片機(jī)提供合適電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述便攜式氣象儀的內(nèi)置通信模塊，其特征在于:所述C8051F020單片機(jī)與便攜式氣象儀之間的通信接口以及C8051F020單片機(jī)與短波電臺(tái)之間的通信接口均為 RS-232C 串口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述便攜式氣象儀的內(nèi)置通信模塊，其特征在于:C8051R)20單片機(jī)的一個(gè)串口通過北斗衛(wèi)星通信模塊與北斗天線連接，另一個(gè)串口則與氣象儀連接，同時(shí)C8051F020單片機(jī)通過串口擴(kuò)展電路分別與CDMA MODEM模塊、短波電臺(tái)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述便攜式氣象儀的內(nèi)置通信模塊，其特征在于:所述北斗衛(wèi)星通信模塊為BI24型北斗一代終端一體化模塊。
5.根據(jù)權(quán)利 要求1所述便攜式氣象儀的內(nèi)置通信模塊，其特征在于:CDMAMODEM模塊為 EM200 CDMA MODEM 模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述便攜式氣象儀的內(nèi)置通信模塊，其特征在于:CDMAMODEM模塊、北斗衛(wèi)星通信模塊、C8051R)20單片機(jī)的工作電壓分別為:4V、10.8V、3.3V。
7.—種權(quán)利要求1所述便攜式氣象儀的內(nèi)置通信模塊的氣象儀通信控制程序，其特征在于，包括以下步驟:(1)啟動(dòng)內(nèi)置通信模塊；(2)啟動(dòng)單片機(jī)初始化程序模塊，該單片機(jī)初始化程序模塊用于設(shè)置C8051F020單片機(jī)的工作參數(shù)；(3)啟動(dòng)氣象儀通信程序模塊，該氣象儀通信程序模塊用于接收并暫存便攜式氣象儀的數(shù)據(jù)、啟動(dòng)通信服務(wù)程序模塊、向通信服務(wù)程序模塊轉(zhuǎn)發(fā)氣象中心站的命令；(4)啟動(dòng)通信服務(wù)程序模塊，該通信服務(wù)程序模塊根據(jù)CDMA MODEM模塊、北斗衛(wèi)星通信模塊、短波電臺(tái)三種通信模塊的命令，擇一地控制各自對應(yīng)的通信設(shè)備，向氣象儀通信程序模塊轉(zhuǎn)發(fā)整點(diǎn)和分鐘數(shù)據(jù)，接收氣象中心站整點(diǎn)和分鐘查詢命令。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述所述便攜式氣象儀的內(nèi)置通信模塊的氣象儀通信控制程序，其特征在于，步驟(4)中的通信服務(wù)程序模塊啟動(dòng)包括以下步驟:首先選擇北斗通信設(shè)備，若北斗通信設(shè)備能夠正常工作，啟動(dòng)北斗衛(wèi)星通信服務(wù)程序，反之選擇CDMA通信設(shè)備；若CDMA通信設(shè)備能夠正常工作，啟動(dòng)CDMA通信服務(wù)程序，反之選擇短波通信設(shè)備，若短波通信設(shè)備能夠正常工作，啟動(dòng)短波通信服務(wù)程序，反之結(jié)束內(nèi)置通信模塊的通信連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種便攜式氣象儀的內(nèi)置通信模塊，包括DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路及嵌入式計(jì)算機(jī)；嵌入式計(jì)算機(jī)，為C8051F020單片機(jī)，配置串口擴(kuò)展電路，集成有氣象儀通信控制程序；該嵌入式計(jì)算機(jī)分別與北斗通信設(shè)備、CDMA通信設(shè)備及短波通信設(shè)備通信連接；C8051F020單片機(jī)通過氣象儀通信控制程序自動(dòng)控制北斗通信設(shè)備、CDMA通信設(shè)備及短波通信設(shè)備的擇一運(yùn)行或者制停內(nèi)置通信模塊通信工作；便攜式氣象儀的電源模塊通過DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路分別為CDMA MODEM模塊、北斗衛(wèi)星通信模塊、C8051F020單片機(jī)提供合適電源。因此，本發(fā)明進(jìn)行氣象參數(shù)采集時(shí)，可以在極大程度上保證采集時(shí)間的連續(xù)性。
文檔編號(hào)G01W1/02GK103235351SQ201310150030
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月26日
發(fā)明者周樹道, 莊卉, 王洪濤, 王敏, 劉志華, 嚴(yán)德山, 徐四林, 文滋木 申請人:中國人民解放軍理工大學(xué)