一种静态图像的采集传输系统

摘要：为实现低成本远程图像监控，文章设计了一套基于ZigBee和GPRS技术的远程图像采集传输系统。以CC2430为节点控制摄像头采集图像数据，本地通信时，图像数据通过ZigBee协调器直接和服务器通信；远程通信时，协调器将处理好的数据通过GPRS技术传到监控中心以实现图像数据的保存、读取和显示等目的。ZigBee无线传感网络节点间采用网状网络的自组网方式，通过修改协议栈的缓冲机制和改变串口波特率提高数据的传输效率。实验结果表明该系统能够很好地实现本地和远程静态图像的采集与快速传输，具有广泛的应用前景。
关键词：ZigBee；无线传感网络；CC2430；图像采集；GPRS

0 引言
目前，无线图像采集技术主要有蓝牙、Wi-Fi、CDMA、GPRS和新兴的3G技术。在实际运用过程中，蓝牙需要昂贵的认证费，传输距离短；其他技术的组网复杂、建设周期长。尤其是在偏远地区和恶劣的环境，这些技术建立的系统实时性、可靠性降低，受到环境因素的制约，用户需要承担费用，一旦基站出现故障则整个网络陷于瘫痪。
ZigBee网络可以很好地解决以上弊端。ZigBee是符合IEEE802.15.14标准，具有自组网、免执照、低功耗、低成本、低误码率、抗干扰性强等特点的新兴通信技术，理论上能够提供250kb／S的传输速率，它不依靠任何基站和基础设施。由于GPRS在信号覆盖区域内可接收到远距离传输过来的JPEG图像，为了实现不同环境下的监控，本文结合ZigBee和GPRS技术，设计出一套静态图像监控系统，完成本地图像的采集和远程图像的传输。

1 系统架构
本系统包括ZigBee无线传感网络、监控中心、图像采集和远程传输四部分，其中远程图像传输包括GPRS和Internet模块，见图1。

ZigBee无线传感网络由一个协调器、若干个路由器和若干个终端节点组成。协调器负责网络的组建和整个网络与监控中心的通信；路由器接收并转发数据、独立采集数据和接受协调器的命令；终端节点可采集、发送和接收数据，但不能自动转发数据。ZigBee无线传感网络有三种组网方式，星形网络、树形网络和网状网络。由于网状网络在通信允许范围内相邻节点间能相互通信，有较强的自组织、自愈功能，能组成极为复杂的网络，有很大的路由深度和网络节点规模，还能通过“多级跳”的方式来通信。因此，本系统采用网状网络的组网方式。
监控中心由具有服务器功能并安装监控软件的PC组成。本地图像采集时，监控中心通过RS232串口线控制数据的采集和传输。远程图像采集时，监控中心通过GPRS与协调器通信。为了便于服务器的移动，首先由GPRS1获取服务器的IP并通过SMS方式发送至GPRS2，GPRS2根据获取的IP和端口号连接到服务器，实现ZigBee网络与服务器的连接。

2 系统硬件设计
2．1 数据节点的硬件设计
图2为数据采集节点的硬件系统框图，包括图像采集模块、电源模块、控制器发基本外围电路。选用TI公司生产的CC2430为MCU，该芯片内置ZigBee射频前端、内存和微控制器，专门用于IEEE802．15．4和ZigBee应用程序，只需简单的外围电路即可工作。内置温度传感器和电压传感器，检测系统的工作环境。电源管理模块使系统工作在不同的模式，最大限度降低系统功耗。串口摄像头采集图像，采用标准JPEG图像压缩算法压缩图像数据。控制器通过RS232控制摄像头。

2．2 协调器节点的硬件设计
协调器的硬件系统包括图像采集模块、GPRS模块、电源模块、控制器及基本外围电路，GPRS模块只存在于远程图像传输系统，见图3。G PRS选用华为GTM900-C模块，ZigBee协调器通过AT指令控制GPRS模块。