一種靜態(tài)圖像的采集傳輸系統(tǒng)

摘要：為實現(xiàn)低成本遠程圖像監(jiān)控，文章設計了一套基于ZigBee和GPRS技術的遠程圖像采集傳輸系統(tǒng)。以CC2430為節(jié)點控制攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)，本地通信時，圖像數(shù)據(jù)通過ZigBee協(xié)調器直接和服務器通信；遠程通信時，協(xié)調器將處理好的數(shù)據(jù)通過GPRS技術傳到監(jiān)控中心以實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的保存、讀取和顯示等目的。ZigBee無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點間采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡的自組網(wǎng)方式，通過修改協(xié)議棧的緩沖機制和改變串口波特率提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。實驗結果表明該系統(tǒng)能夠很好地實現(xiàn)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。
關鍵詞：ZigBee；無線傳感網(wǎng)絡；CC2430；圖像采集；GPRS

0 引言
目前，無線圖像采集技術主要有藍牙、Wi-Fi、CDMA、GPRS和新興的3G技術。在實際運用過程中，藍牙需要昂貴的認證費，傳輸距離短；其他技術的組網(wǎng)復雜、建設周期長。尤其是在偏遠地區(qū)和惡劣的環(huán)境，這些技術建立的系統(tǒng)實時性、可靠性降低，受到環(huán)境因素的制約，用戶需要承擔費用，一旦基站出現(xiàn)故障則整個網(wǎng)絡陷于癱瘓。
ZigBee網(wǎng)絡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(zhí)照、低功耗、低成本、低誤碼率、抗干擾性強等特點的新興通信技術，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(qū)域內可接收到遠距離傳輸過來的JPEG圖像，為了實現(xiàn)不同環(huán)境下的監(jiān)控，本文結合ZigBee和GPRS技術，設計出一套靜態(tài)圖像監(jiān)控系統(tǒng)，完成本地圖像的采集和遠程圖像的傳輸。

1 系統(tǒng)架構
本系統(tǒng)包括ZigBee無線傳感網(wǎng)絡、監(jiān)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，見圖1。

ZigBee無線傳感網(wǎng)絡由一個協(xié)調器、若干個路由器和若干個終端節(jié)點組成。協(xié)調器負責網(wǎng)絡的組建和整個網(wǎng)絡與監(jiān)控中心的通信；路由器接收并轉發(fā)數(shù)據(jù)、獨立采集數(shù)據(jù)和接受協(xié)調器的命令；終端節(jié)點可采集、發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，但不能自動轉發(fā)數(shù)據(jù)。ZigBee無線傳感網(wǎng)絡有三種組網(wǎng)方式，星形網(wǎng)絡、樹形網(wǎng)絡和網(wǎng)狀網(wǎng)絡。由于網(wǎng)狀網(wǎng)絡在通信允許范圍內相鄰節(jié)點間能相互通信，有較強的自組織、自愈功能，能組成極為復雜的網(wǎng)絡，有很大的路由深度和網(wǎng)絡節(jié)點規(guī)模，還能通過“多級跳”的方式來通信。因此，本系統(tǒng)采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡的組網(wǎng)方式。
監(jiān)控中心由具有服務器功能并安裝監(jiān)控軟件的PC組成。本地圖像采集時，監(jiān)控中心通過RS232串口線控制數(shù)據(jù)的采集和傳輸。遠程圖像采集時，監(jiān)控中心通過GPRS與協(xié)調器通信。為了便于服務器的移動，首先由GPRS1獲取服務器的IP并通過SMS方式發(fā)送至GPRS2，GPRS2根據(jù)獲取的IP和端口號連接到服務器，實現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡與服務器的連接。

2 系統(tǒng)硬件設計
2．1 數(shù)據(jù)節(jié)點的硬件設計
圖2為數(shù)據(jù)采集節(jié)點的硬件系統(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公司生產的CC2430為MCU，該芯片內置ZigBee射頻前端、內存和微控制器，專門用于IEEE802．15．4和ZigBee應用程序，只需簡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(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，采用標準JPEG圖像壓縮算法壓縮圖像數(shù)據(jù)?？刂破魍ㄟ^RS232控制攝像頭。

2．2 協(xié)調器節(jié)點的硬件設計
協(xié)調器的硬件系統(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模塊只存在于遠程圖像傳輸系統(tǒng)，見圖3。G PRS選用華為GTM900-C模塊，ZigBee協(xié)調器通過AT指令控制GPRS模塊。