一種靜態(tài)圖像的采集傳輸系統(tǒng)

摘要：為實(shí)現(xiàn)低成本遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控，文章設(shè)計(jì)了一套基于ZigBee和GPRS技術(shù)的遠(yuǎn)程圖像采集傳輸系統(tǒng)。以CC2430為節(jié)點(diǎn)控制攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)，本地通信時(shí)，圖像數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee協(xié)調(diào)器直接和服務(wù)器通信；遠(yuǎn)程通信時(shí)，協(xié)調(diào)器將處理好的數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS技術(shù)傳到監(jiān)控中心以實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的保存、讀取和顯示等目的。ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的自組網(wǎng)方式，通過(guò)修改協(xié)議棧的緩沖機(jī)制和改變串口波特率提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠很好地實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程靜態(tài)圖像的采集與快速傳輸，具有廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：ZigBee；無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)；CC2430；圖像采集；GPRS

0 引言
目前，無(wú)線圖像采集技術(shù)主要有藍(lán)牙、Wi-Fi、CDMA、GPRS和新興的3G技術(shù)。在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，藍(lán)牙需要昂貴的認(rèn)證費(fèi)，傳輸距離短；其他技術(shù)的組網(wǎng)復(fù)雜、建設(shè)周期長(zhǎng)。尤其是在偏遠(yuǎn)地區(qū)和惡劣的環(huán)境，這些技術(shù)建立的系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、可靠性降低，受到環(huán)境因素的制約，用戶需要承擔(dān)費(fèi)用，一旦基站出現(xiàn)故障則整個(gè)網(wǎng)絡(luò)陷于癱瘓。
ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以很好地解決以上弊端。ZigBee是符合IEEE802.15.14標(biāo)準(zhǔn)，具有自組網(wǎng)、免執(zhí)照、低功耗、低成本、低誤碼率、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)的新興通信技術(shù)，理論上能夠提供250kb／S的傳輸速率，它不依靠任何基站和基礎(chǔ)設(shè)施。由于GPRS在信號(hào)覆蓋區(qū)域內(nèi)可接收到遠(yuǎn)距離傳輸過(guò)來(lái)的JPEG圖像，為了實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境下的監(jiān)控，本文結(jié)合ZigBee和GPRS技術(shù)，設(shè)計(jì)出一套靜態(tài)圖像監(jiān)控系統(tǒng)，完成本地圖像的采集和遠(yuǎn)程圖像的傳輸。

1 系統(tǒng)架構(gòu)
本系統(tǒng)包括ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中心、圖像采集和遠(yuǎn)程傳輸四部分，其中遠(yuǎn)程圖像傳輸包括GPRS和Internet模塊，見(jiàn)圖1。

ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)協(xié)調(diào)器、若干個(gè)路由器和若干個(gè)終端節(jié)點(diǎn)組成。協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的組建和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心的通信；路由器接收并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)、獨(dú)立采集數(shù)據(jù)和接受協(xié)調(diào)器的命令；終端節(jié)點(diǎn)可采集、發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，但不能自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)有三種組網(wǎng)方式，星形網(wǎng)絡(luò)、樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。由于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)在通信允許范圍內(nèi)相鄰節(jié)點(diǎn)間能相互通信，有較強(qiáng)的自組織、自愈功能，能組成極為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，有很大的路由深度和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)規(guī)模，還能通過(guò)“多級(jí)跳”的方式來(lái)通信。因此，本系統(tǒng)采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式。
監(jiān)控中心由具有服務(wù)器功能并安裝監(jiān)控軟件的PC組成。本地圖像采集時(shí)，監(jiān)控中心通過(guò)RS232串口線控制數(shù)據(jù)的采集和傳輸。遠(yuǎn)程圖像采集時(shí)，監(jiān)控中心通過(guò)GPRS與協(xié)調(diào)器通信。為了便于服務(wù)器的移動(dòng)，首先由GPRS1獲取服務(wù)器的IP并通過(guò)SMS方式發(fā)送至GPRS2，GPRS2根據(jù)獲取的IP和端口號(hào)連接到服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器的連接。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)
圖2為數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的硬件系統(tǒng)框圖，包括圖像采集模塊、電源模塊、控制器發(fā)基本外圍電路。選用TI公司生產(chǎn)的CC2430為MCU，該芯片內(nèi)置ZigBee射頻前端、內(nèi)存和微控制器，專門用于IEEE802．15．4和ZigBee應(yīng)用程序，只需簡(jiǎn)單的外圍電路即可工作。內(nèi)置溫度傳感器和電壓傳感器，檢測(cè)系統(tǒng)的工作環(huán)境。電源管理模塊使系統(tǒng)工作在不同的模式，最大限度降低系統(tǒng)功耗。串口攝像頭采集圖像，采用標(biāo)準(zhǔn)JPEG圖像壓縮算法壓縮圖像數(shù)據(jù)。控制器通過(guò)RS232控制攝像頭。

2．2 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)
協(xié)調(diào)器的硬件系統(tǒng)包括圖像采集模塊、GPRS模塊、電源模塊、控制器及基本外圍電路，GPRS模塊只存在于遠(yuǎn)程圖像傳輸系統(tǒng)，見(jiàn)圖3。G PRS選用華為GTM900-C模塊，ZigBee協(xié)調(diào)器通過(guò)AT指令控制GPRS模塊。