基于無線傳感器網絡的遠程圖像監(jiān)控系統的制作方法

文檔序號：7658731閱讀：126來源：國知局

專利名稱：基于無線傳感器網絡的遠程圖像監(jiān)控系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是設涉及無線監(jiān)控的技術領域，尤其涉及一種以ucos2為系統操作
平臺，采用無線傳輸的方式進行通信的技術領域。
背景技術：
早在上世紀70年代，就出現了將傳統傳感器采用點對點傳輸、連接傳感控制器而構成傳感器網絡雛形，我們把它歸之為第一代傳感器網絡。隨著相關學科的不斷發(fā)展和進步，傳感器網絡同時也具有了獲取多種信息信號的綜合處理能力，并通過與傳感控制器的相連，組成了有信息綜合和信息處理能力的第二代傳感器網絡。而從上世紀末開始，現場總線技術開始應用于傳感器網絡，人們用其組建智能化傳感器網絡，大量多功能傳感器被運用，并使用無線技術連接，逐漸形成了無線傳感器網絡。無線傳感器網絡作為新一代的傳感器網絡，結合了傳感器技術、無線通信技術和嵌入式技術，具有非常廣泛的應用前景，不僅在工業(yè)、農業(yè)、軍事、環(huán)境、醫(yī)療等傳統領域具有巨大的運用價值，未來還將在許多新興領域體現其優(yōu)越性，如家用、保健、交通等領域。比如微型傳感器網最終可能將家用電器、個人電腦和其他日常用品同互聯網相連，實現遠距離跟蹤，家庭采用無線傳感器網絡負責安全調控、節(jié)電等。無線傳感器網絡將是未來的一個無孔不入的十分龐大的網絡，其應用可以涉及到人類日常生活和社會生產活動的所有領域。
ZigBee技術是一種應用于短距離范圍內，低傳輸數據速率下的各種電子設備之間的無線通信技術。ZigBee名字來源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式，蜜蜂通過跳ZigZag形狀的舞蹈來通知發(fā)現的新食物源的位置、距離和方
向等信息，以此作為新一代無線通訊技術的名稱。ZigBee過去又稱為"HomeRF Lite" 、 "RF-EasyLink"或"FireFly"無線電技術，目前統一稱為ZigBee 技術。
作為一種新興的無線傳輸標準，Zigbee主要有以下一些特征功耗低在工作模式下，ZigBee技術傳輸速率低，傳輸數據量很小，因此信號的收發(fā)時間很短，由于工作時間較短、收發(fā)信息功耗較低且采用了休眠模式，使得ZigBee節(jié)點非常省電，ZigBee節(jié)點的電池工作時間可以長達6個月到2年左右。
數據傳輸可靠ZigBee的媒體接入控制層(MAC層)采用talk-when-ready 的碰撞避免機制。同時ZigBee針對時延敏感的應用做了優(yōu)化，對通信時延和休眠狀態(tài)激活的時延都非常短。
網絡容量大ZigBee低速率、低功耗和短距離傳輸的特點使它非常適宜支持簡單器件。一個ZigBee的網絡最多可包括255個ZigBee網路節(jié)點，其中一個是主控(Master)設備，其余則是從屬(Slave)設備。若是通過網絡協調器 (Network Coordinator),整個網絡最多可以支持超過64000個ZigBee網路節(jié) 點。
兼容性ZigBee技術與現有的控制網絡標準無縫集成。通過網絡協調器 (Coordinator)自動建立網絡，采用載波偵聽/沖突檢測(CSMA-CA)方式進行信道接入。為了可靠傳遞，還提供全握手協議。
安全性ZigBee提供了數據完整性檢査和鑒權功能，在數據傳輸中提供了三級安全性。第一級實際是無安全方式，對于某種應用，如果安全并不重要或者上層已經提供足夠的安全保護，器件就可以選擇這種方式來轉移數據。對于第二級安全級別，器件可以使用接入控制清單(ACL)來防止非法器件獲取數據，在這一級不采取加密措施。第三級安全級別在數據轉移中采用屬于高級加密標準(AES)的對稱密碼。
實現成本低Zigbee協議免專利費用。隨著GPRS (General Packege Radio Service,通用無線分組業(yè)務)技術的推廣，基于GPRS的WAP應用得到了越來越廣的應用。固S(Multimedia Message,多媒體短信)就是一種基于GPRS技術的移動增值業(yè)務，在傳統文本短信的基礎上，基于匪SE協議可以在一條短信中嵌入圖像、聲音、視頻等各種多媒體信息。利用醒S，可以隨時隨地將本地監(jiān)控場景發(fā)送到遠程客戶移動設備上。

發(fā)明內容
技術問題針對目前室內監(jiān)控領域的產品主要以有線產品為主的現狀，本發(fā) 明的目的是提供一種基于無線傳感器網絡的無線監(jiān)控設備，該設備在實現無線互聯的基礎上，可通過GPRS模塊將圖像利用現有GSM/GPRS網絡發(fā)送到用戶手機上，保留先場證據和提供實時報警。
技術方案
基于無線傳感器網絡的遠程圖像監(jiān)控設備包括終端設備和網管設備。整套監(jiān) 控系統的體系結構是，終端設備具有實時拍照和數據傳輸的功能，可安裝于室內場所，例如學校，住宅和政府部門，終端設備之間通過無線鏈路進行通信，可自組織成無線傳感器網絡。網關設備通過無線信道與終端設備進行通信，實現網絡組件和數據傳輸的功能，網關設備可與一臺個人電腦相連，便于監(jiān)控。
網關設備自帶GPRS數傳模塊，可以通過GPRS網絡將圖片傳給用戶手機。本發(fā)明的終端設備包括以下幾個子模塊-
1) 終端微控制器及其外圍電路模塊用于數據處理和控制各硬件模塊協調工作；
2) 終端存儲器模塊用于為微控制器提供數據存儲器和指令存儲器，包括一片NOR FLASH模塊，一片NAND FLASH模塊和一片SDRAM模塊；
3) 圖像采集模塊用于采集圖像，對監(jiān)控區(qū)域拍照；包括一片專用數字圖像處理芯片，一片CMOS圖像傳感器和一只鏡頭；
4) 射頻傳輸模塊用于與其他終端和網關設備進行通信；
5) 終端電源管理模塊
6) 終端復位電路和JTAG調試模塊復位電路包括一片看門狗復位電路，
所述電路上設有E2PR0M; JTAG調試模塊用于系統的調試和程序的燒寫；
7) 紅外檢測模塊用于紅外入侵檢測，在報警狀態(tài)時，當有可疑物體進入
監(jiān)控區(qū)域時則產生報警信號。
本發(fā)明的網關設備主要包括以下幾個子模塊
(a) 網關微控制器及其外圍電路用于數據處理和控制各硬件模塊協調工
作；
(b) 網關存儲器模塊用于微控制器提供數據存儲器和指令存儲器，包括一片SRAM模塊和一片NOR FLASH模塊；
(c) 1/0通信模塊用于與其他設備進行通信，包括以太網通信模塊、USB 通信模塊、射頻通信模塊、串口通信模塊、GPRS通信模塊；
(d) 網關電源管理模塊分別提供3. 3V和1. 8V的電壓進行供電；
(e) 網關復位電路和JTAG調試模塊復位電路包括一片看門狗復位電路； JTAG調試電路用于系統的調試和程序的燒寫。
本發(fā)明的終端微控制器及其外圍電路模塊通過地址數據控制總線與NOR FLASH模塊、NAND FLASH模塊、SDRAM模塊、圖像采集模塊上的專用數字圖像處理芯片連接，專用數字圖像處理芯片通過SCCB總線與CMOS圖像傳感器模塊連接，終端微控制器和外圍電路模塊通過串行總線與射頻傳輸模塊相接，終端微控制器和外圍電路模塊通過I2C總線與復位電路連接，終端微控制器與外圍電路模塊通過通用I/O 口與紅外檢測模塊連接；在上述各模塊上通過電源和地線連接終端電源管理模塊。
本發(fā)明的網關微控制器和外圍電路模塊通過地址數據命令總線與SRAM存
儲模塊和NOR FLASH存儲模塊連接，網關微控制器和外圍電路模塊通過UART 口與GPRS通信模塊連接，網關微控制器和外圍電路模塊通過數據總線和命令總線與USB通信模塊和以太網圖像模塊連接，網關微控制器和外圍電路模塊通過 SPI總線和串行總線與射頻通信模塊連接，網關微控制器和外圍電路模塊通過 I2C總線與網關復位電路和JTAG調試模塊連接，并通過JTAG 口與PC連接。
本發(fā)明各節(jié)點終端設備在監(jiān)控時采用下面的工作方式第一步上電，即啟動電源使各節(jié)點終端設備的子模塊處于通路狀態(tài)；第二步終端微控制器和外圍電路模塊從E2PR0M中讀取配置信息，用于配置系統工作模式；
第三步判斷終端微控制器和外圍電路模塊是否工作在報警模式下，判斷為否則轉入下一步，判斷為是則跳轉到第五步；
第四步利用終端微控制器和外圍電路模塊來關閉紅外檢測模塊，避免在正常工作的時間段發(fā)生誤報警；
第五步紅外檢測模塊產生中斷，即檢測到非法入傾，實現報警；
第六步利用鏡頭進行拍照；
第七步啟動射頻傳輸模塊將第六步拍照后的圖像傳輸至網關；第八步判斷終端微控制器和外圍電路模塊是否收到新的配置信息，判斷為是進入下一步，判斷為否跳轉到第三步；
第九步更新E2PR0M中的配置信息，并跳轉到第三步重復上述操作。
本發(fā)明的網關設備在監(jiān)控時采用下面的工作方式
第l步上電，即啟動電源使網關設備的子模塊使其處于通路狀態(tài)；
第2步網關微控制器及其外圍電路控制GPRS通信模塊判斷是否有未讀
的配置信息，判斷為是則進入下一步，判斷為否則跳轉到第5步；
第3步網關微控制器及其外圍電路獲取更改配置的設備ID和工作模式；第4步通過射頻通信模塊向相應設備發(fā)送配置命令，更改工作模式；
第5步網關微控制器及其外圍電路通過射頻通信模塊判斷是否有圖像需要發(fā)送，判斷為是則進入下一步，判斷為否則跳轉到第10步；
第6步網關微控制器及其外圍電路判斷USB通信模塊是否連接有PC，判斷為有連接則進入下一步，判斷為沒有連接則跳轉到第9步；
第7步利用USB通信模塊發(fā)送第六步的圖像數據至PC;
第8步利用射頻通信模塊來判斷圖像數據是否有警情，判斷為是則進入下一步，判斷為否則返回第2步，重新完成上述步驟；
第9步通過GPRS通信模塊發(fā)送圖像給移動接受設備；
第10步網關微控制器及其外圍電路控制GPRS通信模塊判斷是否收到移動接受設備的査詢短信，判斷為是則利用網關微控制器及其外圍電路通過射頻
通信模塊向指定設備發(fā)送拍照指令,判斷為否則返回第2步重新進行上述步驟。
本發(fā)明提出了一種監(jiān)控報警系統體系，各監(jiān)控節(jié)點布于建筑物的各個房間，
采用Zigbee傳輸標準相互之間進行通信，所有節(jié)點自動張成一張監(jiān)控網絡，并與網關進行通信，當有警情發(fā)生時，觸發(fā)紅外檢測模塊，產生報警信號，終端設備對監(jiān)控區(qū)域進行拍照，拍照之后的圖像數據通過射頻傳輸模塊發(fā)送到網關設備，網關通過GPRS模塊將圖片發(fā)送到用戶手機以便查看。用戶與設備的人機接口主要是短信接口與PC接口，短信接口即利用SMS對設備進行簡單配置，査看監(jiān)控場景等；人機接口可通過PC機對設備進行配置，査看監(jiān)控歷史記錄等。有益效果本發(fā)明與現有技術相比，具有以下特點
1、無線傳輸，監(jiān)控終端與主機采用無線傳輸，取代了原有的電纜，方便安裝，有利于室內美觀。
2、實時報警，可通過GPRS模塊實時將監(jiān)控區(qū)域情景發(fā)送到用戶手機，做到實時報警。
3、網絡可靠性高，可擴展性好，Zigbee網絡使用按需路由算法(AODV)，
在加入新節(jié)點時可自動更新網絡路由，無需對原有節(jié)點的軟件進行修改，網絡節(jié)點能夠感知其他節(jié)點的存在，并確定連接關系，組成結構化的網絡。
4、操作性能好，使用簡單，用戶在外地時可完全通過手機短信對設備進行遠程操作，亦可通過互聯網對設備進行設置，人機接口豐富。
5、高可靠性低成本的設計，使用基于嵌入式處理器的硬件平臺和基于 Zigbee標準的無線傳輸模塊，大大降低了硬件成本。

圖1是本發(fā)明的監(jiān)控系統體系圖2是本發(fā)明的節(jié)點終端設備系統框圖3是本發(fā)明的網管設備的系統框圖41是本發(fā)明的節(jié)點終端設備的電源管理模塊在3. 3v狀態(tài)下的原理圖；圖411是本發(fā)明的節(jié)點終端設備的電源管理模塊在2. 5v狀態(tài)下的原理圖；圖4III是本發(fā)明的節(jié)點終端設備的電源管理模塊在1.8v狀態(tài)下的原理圖；圖4IIII是本發(fā)明的節(jié)點終端設備的電源管理模塊在2.8v狀態(tài)下的原理
圖5是本發(fā)明節(jié)點終端設備的MCU模塊及其外圍電路原理圖；圖6是本發(fā)明的節(jié)點終端設備的存儲器模塊原理圖；圖7是本發(fā)明的節(jié)點終端設備的紅外檢測模塊原理圖；圖8是本發(fā)明的網關設備的存儲器模塊原理圖9是本發(fā)明的網關設備的USB通信模塊原理圖IO是本發(fā)明的網關設備的以太網通信模塊原理圖；圖11是本發(fā)明的網關設備的GPRS通信模塊原理圖；圖12是本發(fā)明的網關設備的MCU及其外圍電路原理圖13是本發(fā)明的節(jié)點終端設備的工作流程圖14是本發(fā)明的網關設備的工作流程圖。
具體實施例方式
以下結合附圖，詳細描述本發(fā)明的一種實施例，對本發(fā)明作進一步的說明。
如圖l、圖2、圖3所示，本發(fā)明包括網關設備2、移動接受設備和若干個具有實時拍照和數據傳輸功能的節(jié)點終端設備1，各節(jié)點終端設備1之間通過無線鏈路進行通信，各節(jié)點終端設備1與網關設備2之間也通過無線鏈路進行通信，網關設備2與移動接受設備之間通過GPRS網絡協議進行通信；上述節(jié)點終端設備1包括以下子模塊
1) 終端微控制器及其外圍電路模塊l.h用于數據處理和控制各硬件模塊協調工作；
2) 終端存儲器模塊1.2:用于為微控制器提供數據存儲器和指令存儲器，包括一片NOR FLASH模塊1. 2. 1，一片NAND FLASH模塊1. 2. 2和一片SDRAM模塊1.2. 3;
3) 圖像采集模塊1.3:用于采集圖像，對監(jiān)控區(qū)域拍照；包括一片專用數字圖像處理芯片1. 3. 1，一片CMOS圖像傳感器1. 3. 2和一只鏡頭1. 3. 3;
4) 射頻傳輸模塊1.4:用于與其他終端和網關設備進行通信；
5) 終端電源管理模塊1.5:對各個模塊進行供電；
6) 終端復位電路和JTAG調試模塊1.6:復位電路包括一片看門狗復位電路，JTAG調試模塊用于系統的調試和程序的燒寫；
7) 紅外檢測模塊1.7:用于紅外入侵檢測，在報警狀態(tài)時，當有可疑物體進入監(jiān)控區(qū)域時則產生報警信號；
上述網關設備2包括以下子模塊-
(a) 網關微控制器及其外圍電路2.1:用于數據處理和控制各硬件模塊協調工作；
(b) 網關存儲器模塊2.2:用于微控制器提供數據存儲器和指令存儲器，包括一片SRAM模塊2. 2. 1和一片NOR FLASH模塊2. 2. 2;
(c) 1/0通信模塊2.3:用于與其他設備進行通信，包括以太網通信模塊 2. 3. 3、 USB通信模塊2. 3. 4、射頻通信模塊2. 3. 2、串口通信模塊2. 3. 5、 GPRS 通信模塊2. 3.1;
(d) 網關電源管理模塊2.5:分別提供3.3V和1.8V的電壓進行供電；
(e) 網關復位電路和JTAG調試模塊2.4:復位電路包括一片看門狗復位電路，所述電路上設有E2PR0M; JTAG調試電路用于系統的調試和程序的燒寫。
本發(fā)明的終端微控制器及其外圍電路模塊1. 1通過地址數據控制總線1.8 與NOR FLASH模塊1. 2. 1、薩D FLASH模塊1, 2. 2、 SDRAM模塊1. 2. 3、圖像采集模塊1.3上的專用數字圖像處理芯片1.3.1連接，專用數字圖像處理芯片 1. 3. 1通過SCCB總線與CMOS圖像傳感器模塊連接，終端微控制器和外圍電路模塊1. 1通過串行總線與射頻傳輸模塊1. 4相接，終端微控制器和外圍電路模塊1. 1通過I2C總線與復位電路連接，終端微控制器與外圍電路模塊1. 1通過通用I/O 口與紅外檢測模塊1. 7連接；在上述各模塊上通過電源和地線連接終端電源管理模塊1.5。
本發(fā)明的網關微控制器和外圍電路模塊2. 1通過地址數據命令總線2. 6與 SRAM存儲模塊2. 2. 1和NOR FLASH存儲模塊2. 2. 2連接，網關微控制器和外圍電路模塊2. 1通過UART 口與GPRS通信模塊2. 3. 1連接，網關微控制器和外圍電路模塊2. 1通過數據總線和命令總線與USB通信模塊2. 3. 4和以太網圖像模塊2. 3. 3連接，網關微控制器和外圍電路模塊2. 1通過SPI總線和串行總線與射頻通信模塊2. 3. 2連接，網關微控制器和外圍電路模塊2. 1通過I2C總線與網關復位電路和JTAG調試模塊2. 4連接，并通過JTAG 口與PC連接。
如圖5所示，節(jié)點終端設備微控制器及其外圍電路模塊1.1主要是 Sumsumng公司的16/32位RISC處理器S3C44B0X及其外圍電路組成。S3C44B0X 采用了 ARMTDMI內核，0.25 urn工藝的CMOS標準宏單元和存儲編譯器。其 2.5VARM7TDMI內核帶有8KB高速緩沖存儲器；自帶外部存儲器控制器，具備FP/EDO/SDRAM控制器和片選邏輯；1通道多主I2C總線控制，1通道I2S總線控制器，5個PWM定時器和1通道內部定時器，具有71個I/O 口和8通道外部中斷源，具有8通道10位ADC，帶有日歷功能的RTC和具有PLL的片上時鐘發(fā)生器°
S3C44B0X是整個系統的控制模塊，用于數據處理和使其余各模塊協調工作。主要通過地址總線、數據總線和命令總線與存儲器模塊和數字圖像處理模塊相接，通過電源線和地線與電源管理模塊相接，通過命令總線與其他模塊相接。
如圖6 ，存儲器模塊1. 2包括NOR FLASH模塊1.2.1，畫D FLASH模塊1.2.2 和SDRAM模塊1. 2. 3。其中NOR FLASH模塊使用Silicon Storage Technolog 公司的FLASH模塊SST39VF3201 。SST39VF3201為CMOS多功能FLASH(MPF)器件，存儲容量為2MB， 16位數據寬度，讀寫操作采用3.3V單電源供電，讀寫操作時間最小為70ns。 SST39VF3201采用SRAM接口，地址線與數據線分開，其存儲器操作由命令來啟動。命令通過標準微處理器寫時序寫入器件。在WEtt拉低、CE# 保持低電平來寫入命令。數據總線上的地址在WEft或CEft的下降沿被鎖存。
NAND FLASH模塊1. 2. 2使用Sumsumg公司的FLASH模組K9F5608U0B，其存儲空間為16MBX8Bit，工作電壓為2. 7到3. 6V。 528字節(jié)的頁編程時間為200 U s， 16KB的塊擦除操作時間為2ms。頁面的數據一每個字50ns的速度被讀出。片內寫控制自動實現所以編程和擦除功能，包括脈沖的周期、內部校驗和數據冗余。K9F5608U0B的地址通過8位端口傳送，由CLE和ALE信號線實現I/O線上指令和地址的復用。指令、地址和數據都通過拉低WE和CE從1/0 口寫入器件中。
SDRAM模塊1. 2. 3采用Sumsumg公司的K4S641632 CMOS SDRAM模組，其存儲空間為1MX16BIT，共有4個分區(qū)。S3C44B0X帶有外部SDRAM接口，只需將相應的管腳相接即可。即DQ0 DQ15與D(TD15相接，微控制器及其外圍電路模塊1. 1與存儲器模塊1. 2共同組成一套嵌入式的最小系統，存儲器模塊1. 2為
微控制器提供數據存儲器和指令存儲器，兩者通過數據總線、地址總線和命令總線相接。
圖像采集模塊1. 3包括圖像處理模塊1. 3. 1、 CMOS圖像傳感器1. 3. 2和鏡頭1. 3. 3。圖像處理模塊1. 3. 1采用Vimicro公司的圖像處理模塊VC0568，可處理130萬像素的圖像或視頻。VC0568具有自動曝光，自動增益控制，自動變焦等功能，可輸出4: 4: 2， 4: 1: 1比例的靜態(tài)JPEG圖像。支持從最小160X 120到1280X960分辨率的各種圖像解析度。
圖像處理模塊1. 3. 1的外部接口類似于SRAM，具有地址總線和數據總線，通過地址總線、數據總線和控制總線與微處理器和外圍電路模塊l.l相接，供其讀取數據。即數據線A0 A9與S3C44 BOX的A0 A9相接，地址線D0 D7與 S3C44B0X的D0 D7相接。其片選信號CS1N和CS2N分別與S3C44B0X的nGCS2 和nGCS4相接。
CMOS傳感器1. 3. 2采用Ominvision公司的彩色數字圖像傳感器OV7648。 OV7648的圖像傳感器陣列可輸出最大分辨率為640X480像素的彩色圖像，同時支持RGB和YUV格式的圖像類型，可輸出最高幀速為30幀每秒的動態(tài)圖像。 0V7648具有包括自動增益控制、自動白平衡和自動曝光控制在能的自動圖像控制功能，其高敏感度適合在低光照條件的室內和夜間進行工作。0V7648使用 SCCB總線與圖像處理模塊VC0568進行命令傳輸和寄存器配置，該總線類似與通用的I2C總線，其圖像數據通過并行數據線輸入VC0568。數字圖像處理模塊1. 3. 1有CMOS傳感器專用數據總線，通過改總線與CMOS傳感器模塊1. 3. 2相接，此外CS—VSYNC和CS_HSYNC分別為其提供水平同步信號和垂直同步信號，CS—SDA和CS—SCK是SCCB總線的數據和時鐘接口， CS—RSTN 是其復位信號，CS—ENB是使能信號，CS—CLK為其提供工作時鐘。
鏡頭1. 3. 3采用1/4英寸鏡頭，鏡頭的中心要與CMOS傳感器1. 3. 2的傳感器陣列中心相吻合。
射頻傳輸模塊1.4:射頻傳輸模塊使每個終端可以和其他設備進行通信包
括網絡維護和數據傳輸。射頻傳輸芯片選用Chipcon公司推出的支持Zigbee 標準的CC2430芯片，該芯片可使數據以最高250kbps的速率傳輸。射頻傳輸模塊通過串口與微控制器模塊1. 1相連，當44B0X從VC0568中讀取出圖像數據之后，將其拆成大小為CC2430可以使用的數據包，首先從串口發(fā)送目標設備的地址，包括一個個域網ID和一個IP地址，然后再將圖像數據依次發(fā)送到模塊，則模塊會將數據發(fā)送到指定設備。
如圖4，節(jié)點終端設備的電源管理模塊1. 5使用的是Sipex公司的低壓差穩(wěn)壓芯片1117和Champion公司的cm2838，輸入電壓為+6V到+20V，分別輸出 3. 3V， 2. 8V， 2. 5V和1.8V的電壓給各個模塊。其中圖41中的3. 3V和圖4III 中的1.8V為CPU管腳和內核供電，圖411中的2.5V為0V7648供電，圖4IIII 中的2. 8V為VC0568供電。
復位與JTAG調試模塊，為保證系統能一直正常運行，防止程序進入死循環(huán)，使用具有自動復位功能的CPU監(jiān)控芯片CAT1161，該芯片能檢測CPU工作狀態(tài)，在CPU程序停止時能自動發(fā)出復位信號使其重新啟動。
CAT1161內帶1KB的E2PR0M， CPU的I2C總線與之相連，即SCL和SDA與之相連，其中SCL既是喂狗腳，又是時鐘信號，SDA是數據管腳，用于將系統配置信息保存其中。微控制器模塊在上電之后，首先從其中的E2PR0M中讀取相關
f曰息。
JTAG調試接口基于IEEE 1149. l標準，用于軟件調試和燒寫程序。如圖7，紅外檢測模塊1.7采用BISS0001被動紅外檢測信號處理芯片，紅外探測傳感器采用RE200B，其檢測距離為5到8米，報警最小移動距離為0. 3 米。通過一組中斷信號與微控制器模塊l.l相接。
如圖12所示，網關設備微控制器模塊2.1采用Philips ARM7處理器 LPC2220。 LPC2220內帶16KB靜態(tài)RAM，通過外部存儲器接口可將存儲器配置成 4組，最高可尋址4GB的存儲空間。其內部包括一個支持仿真的ARM7TDMI-S CPU、片內存儲器控制器接口的ARM7局部總線、與中斷控制器接口的AMBA高性能總
線和連接片內外設功能的VLSI外設總線。AHB外設分配了 2MB的地址范圍，它位于4GBARM存儲空間的最頂端。每個AHB外設都分配了 16KB的地址空間。之所以選擇LPC2220的原因是因為與S3C44B0X不同的地方在于LPC2220具有SPI 總線，作為Zigbee的網絡協調者網關設備要求可以實時對附帶的射頻傳輸模塊 2. 3. 2進行配置和寄存器讀寫，而這些是作為Zigbee節(jié)點設備的終端設備所不要求的。
如圖8，網關存儲模塊2. 2包括NOR FLASH模塊2. 2. 1和SRAM模塊2. 2. 2，其中NOR FLASH模塊使用Silicon Storage Technology公司的FLASH模塊 SST39VF3201。 SST39VF3201為CMOS多功能FLASH(MPF)器件，存儲容量為2MB， 16位數據寬度，讀寫操作采用3. 3V單電源供電，讀寫操作時間最小為70ns。 SST39VF3201采用SRAM接口，地址線與數據線分開。其存儲器操作由命令來啟動。命令通過標準微處理器寫時序寫入器件。在WEtt拉低、CE射呆持低電平來寫入命令。數據總線上的地址在WEft或CEtf的下降沿被鎖存。
SRAM模塊2. 2. 2使用ISSI公司的高速SRAM器件IS61LV25616AL，采用CM0S 技術，存儲容量為512KB，具有16位數據寬度，使用3.3V供電。LPC2220在外部存儲器接口 B認K0上使用IS61LV25616AL，所以將LPC2220的CS0與其片選引腳連接。存儲器連接使用了 16位總線方式，數據總線使用登錄D0到D15，地址總線使用了 Al到A18,為了能夠對IS61LV25616AL的字單元進行單獨的字節(jié)操作，要把LPC2220的nBLSl、 nBLSO的控制信號分別連接到IS61LV25616AL 的UB、 LB引腳。
1/0通信模塊包括GPRS通信模塊2.3.1，射頻收發(fā)模塊2.3.2，以太網通信模塊2. 3. 3， USB通信模塊2. 3. 4以及串口通信模塊2. 3. 5。
如圖11， GPRS通信模塊2. 3. 1使用SIMCOM公司的三頻GPRS模塊SIM300C，可自主工作在900MHz、1800固z和1900MHz的頻段上。SIM300C提供多時隙GPRS 第10類標準的容量和GPRS編碼機制CS-1、 CS-2、 CS-3和CS_4。 SIM300C使用標準的UART總線與LPC2220相連，即RXD， TXD， CTS， RTS， DTC， DTR和RING
與LPC2220的UART1相接，由于其UART1另有其他10 口的功能，故還用來一片LVC245三態(tài)門電路作為隔離，以防SIM300C的數據影響到微控制器的正常工作。SIM300C模塊自帶SIM卡接口電路，將相應的信號分別與SIM卡座相接即可。由于SIM300C模塊要求4. 2V和2A電流供電，為此專門使用一片開關電源 LM2596作為其電源。為方便對SIM300C進行復位，從LPC2220的10腳引出一路信號用于控制LM2596，在需要的時候可實現開關的作用。并且用一只光耦 PIC181將CPU管腳與該引腳相隔離。
射頻收發(fā)模塊2. 3. 2，射頻傳輸芯片選用Chipcon公司推出的支持Zigbee 標準的CC2430芯片，該芯片可使數據以最高250kbps的速率傳輸。射頻傳輸模塊通過一組串口與微控制器模塊1. 1相連。網關的CC2430工作在Zigbee的網絡協調者狀態(tài)，用于組織整個網絡，協調各節(jié)點的數據傳輸。射頻傳輸模塊除通過串口與微控制器模塊相連之外，還通過SPI總線與之相連，通過SPI總線，微控制器模塊可對其寄存器進行配置。
如圖9，網關設備USB通信模塊2. 3. 4主要用于網關與PC之間的數據通信，使用PDIUSBD12芯片，PDIUSBD12具有8為的數據總線接口 DATA0 DATA7，片選信號CS—N以及讀選通引腳RD—N和寫選通引腳WR一N，使用時將其當作一片外部 RAM芯片來進行訪問，將其與LPC2220的數據總線D0 D7直接相連就可以構成訪問PDIUSBD12的數據總線了。而訪問PDIUSBD12的地址總線由片選信號和地址信號構成。
如圖10，網關設備以太網通信模塊2. 3. 3使用DM9000芯片作為以太網通信芯片。DM9000E具有通用的數據總線接口， 10M/100M以太網自適應功能，內置4K雙字節(jié)靜態(tài)RAM，完全支持IEEE802. 3規(guī)格。其CMD管腳與LPC2220的A2 相接作為片選信號，SD0 SD15與LPC2220的D0 D15相接作為數據總線，則 LPC2220將其作為一片與SRAM相類似的外設進行訪問。
串口通信模塊2. 3. 5，使用MAXIM公司的MAX3232作為串口通信模塊的電平轉換芯片。微控制器模塊的UARTO與之相連。
復位與JTAG調試模塊，為保證系統能一直正常運行，防止程序進入死循環(huán)，使用具有自動復位功能的CPU監(jiān)控芯片CAT1161，該芯片能檢測CPU工作狀態(tài)，在CPU程序停止時能自動發(fā)出復位信號使其重新啟動。
CAT1161內帶1KB的E2PR0M， CPU的I2C總線與之相連，將系統配置信息保存其中，在上電時首先從中讀取相關信息。
JTAG調試接口基于IEEE 1149. l標準，用于軟件調試和燒寫程序。
電源管理模塊使用SIPEX公司的1117低壓差電平轉換芯片，分別提供3. 3V 和1. 8V的直流電平為系統各模塊供電。
如圖13、圖14所述，節(jié)點終端設備1和終端設備2在實際工作時需要經過以下過程上電以后，首先初始化10端口，包括定義10方向，定義各10 端口電平，然后對VC0568進行復位，復位結束以后對VC0568進行初始化，初始化VC0568各寄存器，檢測SENSOR是否工作正常，按照配置信息對VC0568 的拍照模式，即分辨率進行設置，然后設置VC0568的工作模式(設置為BYPASS 模式)。初始化結束后就可以正常工作，此時首先檢測是否有拍照模式，如果有，則進行拍照并發(fā)送到指定設備，如果沒有，則等待直到有警情發(fā)生，此時再進行拍照，并將數據傳輸到指定設備。
所述彩信發(fā)送模塊的流程為彩信的發(fā)送是與彩信網關建立連接，將數據寄送的過程。圖像采集模塊將一副圖片數據傳遞過來以后，由WAP協議棧所示，需要依次建立PPP連接、IP連接、UDP連接、WTP連接和WSP連接，由于GPRS 模塊自帶TCP/IP協議棧，所以可以通過AT命令輕松建立PPP連接、IP連接和 UDP連接。
在UDP連接建立之后，此后通過AT+CIPSEND命令將數據從串口傳給模塊時，模塊將視為上層的協議PDU。從而開始WTP會話。首先要進行的是能力協商，主要是對每一幀的數據字節(jié)數進行協商，協商需要在WSP連接報文中進行，在協商完成之后，服務器會發(fā)送回復報文，此時程序需要比較回復報文中的TID 字段是否與連接報文的TID字段相同以確保是服務器對同一事務的處理結果。
然后設備向服務器發(fā)送一個確認報文，表示鏈路已經建立。
由于服務器能接收的最大協議數據單元有限(iooo個字節(jié))，需要將圖片
數據拆成若干個包。包的數目=圖片字節(jié)的數目/ (服務器允許每個包的最大長度一協議開銷)，因此，發(fā)送一副圖片往往需要填充在幾個包甚至十幾個包中。封裝結束后就可以開始發(fā)送，采用發(fā)送一個包等待一個確認幀(即大小為 1的滑動窗口)的模式，如果未收到確認幀則重傳該幀。在三次重傳仍然沒有受到確認幀則丟棄該幀在結束之后重發(fā)，在發(fā)送完最后一幀之后，如果發(fā)送成功，服務器會在將彩信發(fā)出的同時將信息報告返回給設備。如果發(fā)送失敗，服
務器將發(fā)送WTP中止報文，提示丟失的幀的序號，此時需要將丟失的幀再次發(fā) 送給服務器。
權利要求
1、基于無線傳感器網絡的遠程圖像監(jiān)控系統，其特征在于包括網關設備(2)、移動接受設備和若干個具有實時拍照和數據傳輸功能的節(jié)點終端設備(1)，各節(jié)點終端設備(1)之間通過無線鏈路進行通信，各節(jié)點終端設備(1)與網關設備(2)之間也通過無線鏈路進行通信，網關設備(2)與移動接受設備之間通過GPRS網絡協議進行通信；上述節(jié)點終端設備(1)包括以下子模塊1)終端微控制器及其外圍電路模塊(1.1)用于數據處理和控制各硬件模塊協調工作；2)終端存儲器模塊(1.2)用于為微控制器提供數據存儲器和指令存儲器，包括一片NOR FLASH模塊(1.2.1)，一片NAND FLASH模塊(1.2.2)和一片SDRAM模塊(1.2.3)；3)圖像采集模塊(1.3)用于采集圖像，對監(jiān)控區(qū)域拍照；包括一片專用數字圖像處理芯片(1.3.1)，一片CMOS圖像傳感器(1.3.2)和一只鏡頭(1.3.3)；4)射頻傳輸模塊(1.4)用于與其他終端和網關設備進行通信；5)終端電源管理模塊(1.5)對各個模塊進行供電；6)終端復位電路和JTAG調試模塊(1.6)復位電路包括一片看門狗復位電路，所述電路上設有E2PROM；JTAG調試模塊用于系統的調試和程序的燒寫；7)紅外檢測模塊(1.7)用于紅外入侵檢測，在報警狀態(tài)時，當有可疑物體進入監(jiān)控區(qū)域時則產生報警信號；上述網關設備(2)包括以下子模塊(a)網關微控制器及其外圍電路(2.1)用于數據處理和控制各硬件模塊協調工作；(b)網關存儲器模塊(2.2)用于微控制器提供數據存儲器和指令存儲器，包括一片SRAM模塊(2.2.1)和一片NOR FLASH模塊(2.2.2)；(c)I/O通信模塊(2.3)用于與其他設備進行通信，包括以太網通信模塊(2.3.3)、USB通信模塊(2.3.4)、射頻通信模塊(2.3.2)、串口通信模塊(2.3.5)、GPRS通信模塊(2.3.1)；(d)網關電源管理模塊(2.5)分別提供3.3V和1.8V的電壓進行供電；(e)網關復位電路和JTAG調試模塊(2.4)復位電路包括一片看門狗復位電路，所述電路上設有E2PROM；JTAG調試電路用于系統的調試和程序的燒寫。
2、根據權利要求1所述的基于無線傳感器網絡的遠程圖像監(jiān)控系統，其特征在于上述終端微控制器及其外圍電路模塊(l.l)通過地址數據控制總線 (1. 8)與NOR FLASH模塊(l. 2. 1)、NAND FLASH模塊(l. 2. 2)、SDRAM模塊(l. 2. 3)、圖像采集模塊(1.3)上的專用數字圖像處理芯片(1.3.1)連接，專用數字圖像處理芯片(l. 3. 1)通過SCCB總線與CMOS圖像傳感器模塊連接，終端微控制器和外圍電路模塊(l.l)通過串行總線與射頻傳輸模塊(1.4)相接，終端微控制器和外圍電路模塊(l.l)通過I2C總線與復位電路連接，終端微控制器與外圍電路模塊(l.l)通過通用I/O 口與紅外檢測模塊(1.7)連接；在上述各模塊上通過電源和地線連接終端電源管理模塊(l. 5)。
3、根據權利要求1所述的基于無線傳感器網絡的遠程圖像監(jiān)控系統，其特征在于網關微控制器和外圍電路模塊(2. 1)通過地址數據命令總線(2.6)與 SRAM存儲模塊(2.2. 1)和N0RFLASH存儲模塊(2.2.2)連接，網關微控制器和外圍電路模塊(2. 1)通過UART 口與GPRS通信模塊(2. 3. 1)連接，網關微控制器和外圍電路模塊(2. 1)通過數據總線和命令總線與USB通信模塊(2.3.4)和以太網圖像模塊(2.3.3)連接，網關微控制器和外圍電路模塊(2. 1)通過SPI 總線和串行總線與射頻通信模塊(2.3.2)連接，網關微控制器和外圍電路模塊 (2. 1)通過I2C總線與網關復位電路和JTAG調試模塊(2. 4)連接，并通過JTAG 口與PC連接。
4、根據權利要求1所述的基于無線傳感器網絡的遠程圖像監(jiān)控系統，其特征在于上述各節(jié)點終端設備(1)在監(jiān)控時采用下面的工作方式第一步上電，即啟動電源使各節(jié)點終端設備(l)的子模塊處于通路狀態(tài);第二步終端微控制器和外圍電路模塊(l. 1)從E2PR0M中讀取配置信息，用于配置系統工作模式；第三步判斷終端微控制器和外圍電路模塊(l. 1)是否工作在報警模式下，判斷為否則轉入下一步，判斷為是則跳轉到第五步；第四步利用終端微控制器和外圍電路模塊(12. 1)來關閉紅外檢測模塊 (1.7)，避免在正常工作的時間段發(fā)生誤報警；第五步紅外檢測模塊(1.7)產生中斷，即檢測到非法入傾，實現報警；第六步利用鏡頭(1.3.3)進行拍照；第七步啟動射頻傳輸模塊(1.4)將第六步拍照后的圖像傳輸至網關；第八步判斷終端微控制器和外圍電路模塊(2. 1)是否收到新的配置信息，判斷為是進入下一步，判斷為否跳轉到第三步；第九步更新E乍ROM中的配置信息，并跳轉到第三步重復上述操作。上述網關設備(2)在監(jiān)控時采用下面的工作方式第l步上電，即啟動電源使網關設備(2)的子模塊使其處于通路狀態(tài)；第2步網關微控制器及其外圍電路(2. 1)控制GPRS通信模塊(2. 3. 1)判斷是否有未讀的配置信息，判斷為是則進入下一步，判斷為否則跳轉到第5步；第3步網關微控制器及其外圍電路(2. 1)獲取更改配置的設備ID和工作模式；第4步通過射頻通信模塊(2.3.2)向相應設備發(fā)送配置命令，更改工作模式；第5步網關微控制器及其外圍電路(2.1)通過射頻通信模塊判斷是否有圖像需要發(fā)送，判斷為是則進入下一步，判斷為否則跳轉到第10步；第6步網關微控制器及其外圍電路(2.1)判斷USB通信模塊(2.3.4)是否連接有PC，判斷為有連接則進入下一步，判斷為沒有連接則跳轉到第9步；第7步利用USB通信模塊(2.3.4)發(fā)送第六步的圖像數據至PC;第8步利用射頻通信模塊(2.3.2)來判斷圖像數據是否有警情，判斷為是則進入下一步，判斷為否則返回第2步，重新完成上述步驟；第9步通過GPRS通信模塊(2. 3. 1)發(fā)送圖像給移動接受設備；第10步網關微控制器及其外圍電路(2. 1)控制GPRS通信模塊(2. 3. 1)判斷是否收到移動接受設備的查詢短信，判斷為是則利用網關微控制器及其外圍電路(2.1)通過射頻通信模塊(2.3.2)向指定設備發(fā)送拍照指令，判斷為否則返回第2步重新進行上述步驟。
全文摘要
基于無線傳感器網絡的遠程圖像監(jiān)控系統，涉及無線監(jiān)控的技術領域，尤其涉及一種以ucos2為系統操作平臺，采用無線傳輸的方式進行通信的技術領域。本發(fā)明包括網關設備、移動接受設備和若干個具有實時拍照和數據傳輸功能的節(jié)點終端設備，各節(jié)點終端設備之間通過無線鏈路進行通信，各節(jié)點終端設備與網關設備之間也通過無線鏈路進行通信，網關設備與移動接受設備之間通過GPRS網絡協議進行通信；本發(fā)明采用以上結構可實現無線傳輸，網絡可靠性高，操作性能好，使用簡單，實時報警等目的。
文檔編號H04Q9/00GK101170836SQ200710134480
公開日2008年4月30日申請日期2007年10月30日優(yōu)先權日2007年10月30日
發(fā)明者夏海山, 徐維凡, 濤李, 澍沈, 裴文江申請人:東南大學

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