ZigBee技術(shù)語(yǔ)音圖像無(wú)線(xiàn)監控系統的設計與實(shí)現

在環(huán)境比較惡劣，溫度、壓力、濕度、震動(dòng)、噪聲和電磁等因素時(shí)刻都可能發(fā)生變化的情況下，利用一般的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)來(lái)組建監控系統，可能會(huì )因為實(shí)時(shí)性不夠強、靈敏度較小、延遲大、距離短、可靠性較低、受環(huán)境限制明顯等缺陷，無(wú)法全面實(shí)時(shí)有效地實(shí)現安全監控。而隨著(zhù)微電子技術(shù)、數字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )以其成本低、組網(wǎng)靈活、受地理環(huán)境限制少、隱蔽性強、無(wú)人值守等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為監控系統的首選。

在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中，低速率短距離的ZigBee技術(shù)是無(wú)線(xiàn)通信的首選技術(shù)之一。本設計以確保安全實(shí)時(shí)監控為出發(fā)點(diǎn)，運用Zigbee技術(shù)，以無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)為基礎來(lái)進(jìn)行語(yǔ)音和圖像的無(wú)線(xiàn)傳輸。

ZigBee技術(shù)語(yǔ)音圖像無(wú)線(xiàn)監控系統的構成

系統由語(yǔ)音的雙向無(wú)線(xiàn)傳輸和圖像的無(wú)線(xiàn)傳輸兩部分組成，使工作人員在監控中心便可以方便地監視到一些環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合，及時(shí)處理各種運營(yíng)事故，確保運營(yíng)安全。
1 ZigBee技術(shù)實(shí)現語(yǔ)音無(wú)線(xiàn)傳輸

① 語(yǔ)音無(wú)線(xiàn)傳輸系統總體結構
語(yǔ)音的無(wú)線(xiàn)傳輸以嵌入式微處理器和射頻收發(fā)模塊為核心，輔以外部的放大器、濾波電路、音頻編解碼器來(lái)實(shí)現，總體結構如圖1所示。

圖1 語(yǔ)音無(wú)線(xiàn)傳輸總體框圖

運算放大器負責對麥克風(fēng)接收到的語(yǔ)音信號進(jìn)行放大和消除部分干擾；音頻編解碼器完成對語(yǔ)音信號的A/D、D/A轉換和音頻信號的編、解碼；嵌入式微處理器負責存儲、處理本身采集的數據以及其他節點(diǎn)發(fā)來(lái)的數據，協(xié)調與其他節點(diǎn)之間的通信；射頻收發(fā)模塊負責與其他節點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信，交換控制信息，完成數據的接收和發(fā)送；功率放大器對解碼和D/A轉換后的模擬語(yǔ)音信號進(jìn)行放大，恢復成原來(lái)的數據信號后由揚聲器輸出。

② 語(yǔ)音無(wú)線(xiàn)傳輸系統器件選擇

嵌入式微處理器選用TI公司的低功耗定點(diǎn)高性能TMS320VC5416。該DSP采用雙電源供電，分別為內核電源1.6V和I/O電源3.3V兩部分。主要特性有：速率最高達160MIPS；3條16bit數據存儲器總線(xiàn)和1條程序存儲器總線(xiàn)；1個(gè)40bit桶形移位器和2個(gè)40bit累加器；1個(gè)17×17乘法器和1個(gè)40bit專(zhuān)用加法器；最大8M×16bit的擴展尋址空間，內置128K×16bit的RAM和16K×16bit的ROM；3個(gè)多通道緩沖串口(McBSP)；配有PCM 3002低功耗單片立體聲音頻編解碼器，可對語(yǔ)音進(jìn)行A/D和D/A轉換。

射頻收發(fā)模塊選用符合IEEE802.15.4標準的IP-Link 1221-2264，該模塊工作在2.4GHz頻段，通信速率可達250kb/s，可提供高效能遠距離聯(lián)機能力，高輸出功率與低信號靈敏度，適用于遠距離及惡劣環(huán)境下的無(wú)線(xiàn)通信解決方案。該模塊包含了通用I/O口、異步串行接口、JTAG口、USB口、外部供電接口等。其中，USB口負責與PC通信并對節點(diǎn)供電，外部供電接口支持 2.7～3.6V直流電源供電，同時(shí)還有兩個(gè)A/D和兩個(gè)D/A轉換器。

音頻編解碼器選用TI公司生產(chǎn)的TLV320AIC23。其內核數字供電電壓1.42～3.6V，模擬供電電壓2.7～3.6V，均與TMS320VC5416兼容，這樣，TLV320AIC23和TMS320VC5416之間就可以直接連接而不需要其他電平轉換芯片；內置耳機放大器，支持立體聲線(xiàn)路輸入和麥克風(fēng)輸入兩種方式，且對輸入輸出都具有可編程增益調節；TLV320AIC23的A/D轉換和D/A轉換部件集成在芯片內部，采用先進(jìn)的sigma-delta過(guò)采樣技術(shù)，可在8～96kHz的范圍內提供16bit、20bit、24bit和32bit的采樣，ADC和DAC的輸出信噪比分別可達90dB和100dB。

圖2 系統硬件電路

運算放大器由放大電路和濾波電路兩部分組成。放大電路選用低功耗、低成本的LMV324放大器, 外加R和C構成的低通濾波電路。