嵌入式气象预警信息接收系统的设计与实现

摘  要： 设计了一种基于ARM920T微处理器和GPRS网络的无线气象预警信息接收系统。该系统采用GPRS作为信息接收的桥梁，通过短消息业务接收气象预警信息，利用嵌入式Linux操作系统资源和图形开发库QT/E实现气象预警信息的显示、语音播报。该方案有效地缩短了接收延迟时间，提高了预警信息接收的有效性，避免了传统的气象预警接收方式无法及时应对突发性气象灾害的情况。
关键词： ARM9；短消息业务；OSYNO6188；嵌入式Linux；QT/E
   　我国是世界上自然灾害发生十分频繁、灾害种类甚多、造成损失十分严重的少数国家之一。每年干旱、洪涝、台风、暴雨、冰雹等灾害危及人民生命和财产的安全，国民经济也受到了极大的损失。而且，随着经济的高速发展，自然灾害造成的损失亦呈上升趋势，直接影响着社会和经济的发展。
因此，在电力、交通、工业控制、零售、公共事业管理、医疗、水利、石油、农业等各个行业实时接收和发布气象预警信息，避免电视媒体、报纸等发布信息的延时，能大大减少气象灾害带来的损失。
随着移动通信技术的日益成熟，短消息业务发展越来越迅速，不仅应用在人们日常的信息交流中，在现场监测、远程控制等领域也得到了越来越广泛的应用。短消息业务是承载在GPRS网络上的。GPRS即通用分组无线业务，是在现有GSM网络上开通的一种新型的分组数据传输技术。语音合成技术实现了文字到语音的转换。本设计结合嵌入式技术、GPRS技术和语音合成技术，提出了基于ARM与SMS的气象预警信息终端。
1 总体设计
　气象预警信息终端系统结构如图1所示。在中心服务器上通过信息发布软件发布预警信息到GPRS模块，该短消息通过GPRS网络传送。由嵌入式Linux终端上的GPRS模块接收来自中心服务器的气象预警信息，该模块将接收到的数据通过串口传输给终端处理器ARM9。终端处理器对接收的短消息进行解析，还原出服务器发送的预警信息。最后通过LCD显示屏、语音等方式将预警信息播出。
   
   2 系统硬件设计
　本系统接收端的硬件部分是基于三星S3C2440 32 bit微处理器的嵌入式系统，主要负责气象预警信息的读取以及GPRS网络传输、语音芯片和LCD液晶屏的控制。
　气象预警信息接收终端的基本组成部分如图2所示。整个外围电路包括：嵌入式语音合成模块、GPRS无线通信模块、NAND Flash存储扩展和LCD触摸液晶显示模块。
   
   　ARM9微处理器具有高性能和低功耗特性，典型处理速度为1.1 MIPS/MHz，系统主时钟频率为100 MHz~233 MHz。片外扩展多功能外围接口，如USB、UART、I2S、LCD控制器、键盘接口、RTC、JTAG等。还有足够大的存储空间，如2 MB的NOR Flash、128 MB的NAND Flash（用于存储bootloader、嵌入式Linux内核和带有QT图形界面库的文件系统）、64 MB的SDRAM。
　TC35i模块与GSM 2/2+兼容，并支持双频（GSM  900/1  800 MHz）、RS232数据口，符合ETSI标准GSM0707和GSM0705。该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。
　OSYNO 6188嵌入式语音合成模块[1]通过异步串口接收待合成文本，直接通过PWM输出方式驱动扬声器实现文本到语音的转换。该芯片支持国家标准GB_2312所有汉字，支持标点符号、电话号码、邮政编码、英文字母等特殊字符处理。
3 系统软件设计
　气象预警信息终端是典型的嵌入式系统，目标代码运行在S3C2440上面，在构架的嵌入式平台上，选用安装了arm-linux-gcc的交叉编译环境的fedora14为开发调试环境，以Linux为嵌入式操作系统开发应用程序。
气象预警信息终端软件主要是基于Linux和QT/E的用户程序开发以及相关驱动移植。应用程序按功能划分，由SMS数据传输、PDU短信息解码[2]、文本到语音转换和人机交互界面4部分组成。   
　系统上电启动Linux后，即开始启动终端图形用户界面应用程序，该应用程序创建了一个主线程，以响应用户的界面操作，初始化GPRS模块[3]，发送命令，设置其为新短信息提示，该主线程还分别在后台创建一个子线程。GPRS模块的读线程不断侦听串口以获取GPRS模块返回的短信息，若从串口读到新短信息提示回送命令字，则弹出一个对话框显示“有新短信息”，提示用户操作，系统内部启动后台子线程，自动完成短信息的解析和存储，并通过信息内容判断信息的预警类别。若为红色预警，立即驱动6188语音芯片播报该条信息；若为其他预警类别，则由用户自由选择显示或者语音播报。实现将以PDU方式编码的短信息解码，并转换成GB2312码，因为OSYNO 6188只能识别以GB编码的汉字。软件流程如图3所示。