一種靜態(tài)圖像的采集傳輸系統

摘要：為實(shí)現低成本遠程圖像監控，文章設計了一套基于ZigBee和GPRS技術(shù)的遠程圖像采集傳輸系統。以CC2430為節點(diǎn)控制攝像頭采集圖像數據，本地通信時(shí)，圖像數據通過(guò)ZigBee協(xié)調器直接和服務(wù)器通信；遠程通信時(shí)，協(xié)調器將處理好的數據通過(guò)GPRS技術(shù)傳到監控中心以實(shí)現圖像數據的保存、讀取和顯示等目的。ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )節點(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)議棧的緩沖機制和改變串口波特率提高數據的傳輸效率。實(shí)驗結果表明該系統能夠很好地實(shí)現本地和遠程靜態(tài)圖像的采集與快速傳輸，具有廣泛的應用前景。
關(guān)鍵詞：ZigBee；無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )；CC2430；圖像采集；GPRS

0 引言
目前，無(wú)線(xiàn)圖像采集技術(shù)主要有藍牙、Wi-Fi、CDMA、GPRS和新興的3G技術(shù)。在實(shí)際運用過(guò)程中，藍牙需要昂貴的認證費，傳輸距離短；其他技術(shù)的組網(wǎng)復雜、建設周期長(cháng)。尤其是在偏遠地區和惡劣的環(huán)境，這些技術(shù)建立的系統實(shí)時(shí)性、可靠性降低，受到環(huán)境因素的制約，用戶(hù)需要承擔費用，一旦基站出現故障則整個(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標準，具有自組網(wǎng)、免執照、低功耗、低成本、低誤碼率、抗干擾性強等特點(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設施。由于GPRS在信號覆蓋區域內可接收到遠距離傳輸過(guò)來(lái)的JPEG圖像，為了實(shí)現不同環(huán)境下的監控，本文結合ZigBee和GPRS技術(shù)，設計出一套靜態(tài)圖像監控系統，完成本地圖像的采集和遠程圖像的傳輸。

1 系統架構
本系統包括ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )、監控中心、圖像采集和遠程傳輸四部分，其中遠程圖像傳輸包括GPRS和Internet模塊，見(jiàn)圖1。

ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )由一個(gè)協(xié)調器、若干個(gè)路由器和若干個(gè)終端節點(diǎn)組成。協(xié)調器負責網(wǎng)絡(luò )的組建和整個(gè)網(wǎng)絡(luò )與監控中心的通信；路由器接收并轉發(fā)數據、獨立采集數據和接受協(xié)調器的命令；終端節點(diǎn)可采集、發(fā)送和接收數據，但不能自動(dòng)轉發(fā)數據。ZigBee無(wú)線(xiàn)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 )在通信允許范圍內相鄰節點(diǎn)間能相互通信，有較強的自組織、自愈功能，能組成極為復雜的網(wǎng)絡(luò )，有很大的路由深度和網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)規模，還能通過(guò)“多級跳”的方式來(lái)通信。因此，本系統采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )的組網(wǎng)方式。
監控中心由具有服務(wù)器功能并安裝監控軟件的PC組成。本地圖像采集時(shí)，監控中心通過(guò)RS232串口線(xiàn)控制數據的采集和傳輸。遠程圖像采集時(shí)，監控中心通過(guò)GPRS與協(xié)調器通信。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根據獲取的IP和端口號連接到服務(wù)器，實(shí)現ZigBee網(wǎng)絡(luò )與服務(wù)器的連接。

2 系統硬件設計
2．1 數據節點(diǎn)的硬件設計
圖2為數據采集節點(diǎn)的硬件系統框圖，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，該芯片內置ZigBee射頻前端、內存和微控制器，專(zhuān)門(mén)用于IEEE802．15．4和ZigBee應用程序，只需簡(jiǎn)單的外圍電路即可工作。內置溫度傳感器和電壓傳感器，檢測系統的工作環(huán)境。電源管理模塊使系統工作在不同的模式，最大限度降低系統功耗。串口攝像頭采集圖像，采用標準JPEG圖像壓縮算法壓縮圖像數據?？刂破魍ㄟ^(guò)RS232控制攝像頭。

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