气象信息无线传输系统的设计与制作

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【摘要】设计了一个气象信息的采集和无线传输系统，采用飞思卡尔MC9SXS128作为控制芯片和STC89C58RD+芯片作为气象信息采集芯片，并采用Zigbee实现无线传输。另外，在该系统中MC9SXS128和OV7620CMOS数字摄像头作为识别预先设计的道路信息并进行处理，通过处理采集的图像道路信息来判断是否运行到预先设计的采集地点，在运行之中控制算法主要采用PID算法，使小车行驶速度能够得到控制，另外还采用模糊算法来处理摄像头采集图像信息以除去图像中的噪点，通过MC9SXS128控制舵机和电机来做到拐弯角度、方向以及动力等方面的控制，这样不仅简化的系统的复杂性而且提高了系统的稳定性和智能性。其次，在整个运行过程中STC89C58RD+芯片负责气象信息信息的采集，当到达采集地点时接通芯片将信息采集并通过Zigbee无线传输到采集站PC机中。在整个运行过程中系统具有自动识别道路、自动行驶和停止和实现无线传输的功能无需人为操控。

【关键词】无线传输;MC9SXS128;OV7620摄像头;STC89C58RD;PID算法

随着科学技术的发展，人们的生活日益变得方便化，智能化。而且无线传输技术也随着科学技术的发展应用也越来越广泛，也正逐步走进人们的日常生活。本设计通过利用OV7620CMOS摄像头对道路状况的采集处理，并作出判断是否到达采集地点，对采集地点的简单气象信息进行采集，例如：风速、风向、温度、湿度等通过传感器进行采集。将采集完的信息通过无线传输设备传输到电脑中，这样人们可以足不出户就可知道外面的天气情况。另外本设计如果放在定点进行定点的采集，将采集的气象信息通过12864液晶显示屏显示，人们就可使实时的观察到天气状况，进而为人们的出行提供方便，还可以为研究远程气象信息采集和传输提供思路。

1.CMOS摄像头的选择

在处理道路信息和采集点信息的时，采集信息的精确度直接影响着我们对道路信息的处理，这就要求我们选择一款合适的摄像头来进行数据采集。在众多的应用中摄像头分为数字摄像头和模拟摄像头两大类。模拟摄像头可以将视频采集设备产生的模拟视频信号转换成数字信号，进而将其储存在计算机里。模拟摄像头捕捉到的视频信号必须经过特定的视频捕捉卡将模拟信号转换成数字模式，并加以压缩后才可以转换到计算机上运用。数字摄像头可以直接捕捉影像，然后通过串、并口或者USB接口传到计算机里。数字摄像头具有功耗低、成像特性好、数据容易处理的有点，而模拟摄像头则容易受到外界环境的干扰、难以处理。通过比较我们选择了OV7620CMOS摄像头。

1.1 CMOS摄像头信号的采集

摄像头要有效的对视屏信号进行采样，首先要处理好的问题就是如何提取摄像头的行场信号以及如何去进行行场的消隐。否则单片就无法从众多的信号中分辨出行信号和场信号。OV7620摄像头中行信号高电平持续大约为40us，低电平大约为23us，而每一场的场信号周期为大约为20ms。所以我们在进行处理的时候定时16.67ms，让行中端级别高于场中断，在进入场中断是我们关闭行中断信号，再进入行中断时我们关闭场中断信号以防止图像在采集的时候采集一部分而被打断。

在这中我们要注意根据OV7620的先关参数我们看到如果定时16.67ms，要想采集全部的图像是不可能的，所以我们采用隔行和隔列进行采集。行场时序如图一所示。

图一 行场信号时序

1.2 图像增强和二值化处理

在我们对图像仅处理和对道路进行判断时候我们看到通过OV7620摄像头采集的数字信号我们看到由于光线的不均匀会导致有些信号处于黑白之间，处理的时候效果不好。因而在处理之前我们采用了将图像增强的方法使处理后的图像动态范围增大，图像的对比度增加。紧着接我们要进行图像的二值化处理，最常用的一种方法就是通过图像的特点我们选取适当的阀值T，通过对图像的遍历将图像分成两个部分，既是像素大于T的像素和小于T的像素。我们将大于T的像素置为255，既是GRAY=255，小于T的像素置为0，既是GRAY=0，因而处理完成后我们得到的是一个黑白相间的图片所需要的图像即可清晰的显示出来。

2.气象信息的采集

STC89C58RD+芯片主要负责气象信息的采集，气象信息的采集我们分为温度、湿度、烟雾、浓度、风速等模块。首先我们进行温度和湿度，采集温度和湿度的时候我们利用AM2301传感器，此类传感器不仅将温度和湿度进行了集成，而且较DS18B20而言采集的信号稳定，容易处理，而且每次采集只要等待大约2S进行下一次的采集这就给足了我们时间对风速、烟雾浓度（使用MQ-2传感器）的采集。其次我们进行风速的采集，在测量风速的时候我们采用是JFY-2型风速传感器。这类传感器输出的是脉冲信号我们可以采取对脉冲信号进行定时采集，这样我们就可以就可以通过计算得出当前的风速。最后我们测量烟雾浓度的时候我们采用MQ-2模块话气体烟雾传感器，他有两个输出口，既是模拟量输出和高电平输出（烟雾浓度较低时输出低电平，当烟雾浓度高设定阀值是输出高电平）。这样，我们既可以通过查看模拟量的值也可以直接自己设定阀值读取电平数据。

3.硬件结构

在行驶控制系统中主要包括MCU、OV7620模块、驱动和电源，其中驱动模块包括舵机和电机两个模块，电机驱动提供动力，舵机控制着小车运行的方向。

当到达信息采集地点时接通STC89C58RD+进行采集传感器模块的信息通过Zigbee模块进行无线传输到PC机上，如果进行定点采集则将信息显示到LCD12864上。硬件结构图如图二所示。

图二 硬件结构图

4.结论

现代社会随着科学技术的发展，无线传输逐步进入到人们的日常生活，气象信息的无线传输将会使得人们足不出户时刻了解户外的气象信息，为人们的出行提供了极大的便利。

本文系北方民族大学2013年自治区级大学生创新创业计划项目（项目编号：QJCX-2013-012）。

作者简介：牛康（1991―），男，现就读于北方民族大学电气信息工程学院。

通讯作者：丁黎明（1974―），男，回族，讲师，主要研究方向：农业自动化。