本發(fā)明屬于圖像處理領(lǐng)域的具體應(yīng)用，尤其涉及一種基于ZigBee的NEXT系列產(chǎn)品的圖像傳輸儀。

背景技術(shù)：

進入21世紀以來，以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、智慧地球等為代表的新一代信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，促進了以綠色、智能和可持續(xù)發(fā)展為特征的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的來臨。能否抓住信息優(yōu)勢的制高點，已成為后金融危機時代世界各國重塑國家競爭優(yōu)勢和長遠競爭力的戰(zhàn)略抉擇。ZigBee在中國被譯為“紫蜂”，是一種新興的短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是一組基于IEEE802.15.4無線標準研制開發(fā)的，有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標準，主要適合用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。ZigBee具有動態(tài)組織、適應(yīng)性強的特點，圖像數(shù)據(jù)具有媒體信息豐富，信息量大，信息表現(xiàn)形式直觀的優(yōu)勢。基于ZigBee的連續(xù)圖像傳輸系統(tǒng)作為二者的結(jié)合，在軍事、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、家庭和其它的商用領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景和很高的應(yīng)用價值?；赯igBee的連續(xù)圖像傳輸系統(tǒng)，可以提供一種攜帶方便、操作靈活、組網(wǎng)快捷的通信手段，滿足通信要求，提升現(xiàn)有設(shè)備的數(shù)字化水平，實現(xiàn)對目標的監(jiān)視。

近年來，基于ZigBee的無線多媒體傳輸技術(shù)的研究熱點主要集中在通信協(xié)議、節(jié)能技術(shù)、路由算法和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，大多數(shù)研究基于理論模型或仿真實現(xiàn)。在傳輸協(xié)議方面，研究重點是MAC層、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的研究與優(yōu)化，使其能夠適用于無線音視頻的大數(shù)據(jù)量的應(yīng)用環(huán)境；在節(jié)能方面，主要的研究熱點是能量管理及休眠、喚醒機制，從而降低節(jié)點的能量損耗。另外，也有適用于無線視頻傳輸?shù)膲嚎s編碼算法和傳輸方案被提出，通過數(shù)據(jù)處理和壓縮，可以大大的減少無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，從而降低網(wǎng)絡(luò)負載。但是，這些研究僅僅是對某一項指標進行了適當?shù)貎?yōu)化，沒有從多指標和系統(tǒng)化的角度進行綜合考慮。本發(fā)明設(shè)計了一種基于ZigBee微處理器單元的連續(xù)圖像傳輸系統(tǒng)，本發(fā)明基于ZigBee技術(shù)實現(xiàn)了連續(xù)圖像的采集、處理與傳輸，本發(fā)明由無線圖像傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點和上位機組成。在無線圖像傳感器節(jié)點中，傳感器模塊采用具有圖像采集、數(shù)據(jù)壓縮功能的串口攝像頭模塊PTC08，無線通信模塊采用基于TI公司的CC2530芯片，通過CC2530芯片自 帶的微控制器來控制攝像頭完成對圖像的采集，然后利用CC2530無線發(fā)送給匯聚節(jié)點。匯聚節(jié)點同樣采用CC2530無線通信模塊，它將接收到的圖像數(shù)據(jù)通過RS-232串口傳送到上位機。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、低成本廉、低功耗、高可靠性、兼容性好的優(yōu)點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了進一步解決儀器的數(shù)據(jù)高同步采集以及實時傳輸?shù)膯栴}。本發(fā)明的目的在于提供基于ZigBee的NEXT系列產(chǎn)品的圖像傳輸儀，該發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、低成本廉、低功耗、高可靠性、兼容性好的優(yōu)點。

為了實現(xiàn)上述系統(tǒng)，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種NEXT系列產(chǎn)品的圖像傳輸儀，其特征在于該系統(tǒng)由圖像傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點、上位機構(gòu)成，其中圖像傳感器節(jié)點包括傳感器模塊、無線通信模塊，進一步的，傳感器模塊由圖像數(shù)據(jù)采集單元和圖像數(shù)據(jù)處理單元構(gòu)成，無線通信模塊由ZigBee微處理器單元以及無線收發(fā)單元構(gòu)成；上位機執(zhí)行上位機應(yīng)用軟件，通過RS-232串口線發(fā)送控制圖像數(shù)據(jù)采集單元初始化及拍照的命令幀到匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點將命令幀轉(zhuǎn)發(fā)給圖像傳感器節(jié)點，圖像傳感器節(jié)點向圖像數(shù)據(jù)采集單元發(fā)送拍照指令，圖像數(shù)據(jù)采集單元接收到拍照指令后，向ZigBee微處理器單元模塊返回一個確認消息；然后再向圖像數(shù)據(jù)采集單元發(fā)送讀取所拍圖片長度指令，圖像數(shù)據(jù)采集單元返回圖片數(shù)據(jù)的總長度，最后向圖像數(shù)據(jù)采集單元發(fā)送讀取所拍圖片數(shù)據(jù)指令，圖像數(shù)據(jù)采集單元將所采集的圖片數(shù)據(jù)一次性返回到圖像數(shù)據(jù)處理單元，上位機檢驗所接收到的數(shù)據(jù)為完整的圖片數(shù)據(jù)則發(fā)送給圖像數(shù)據(jù)采集單元清空圖片緩存指令，至此一幅圖像的拍照過程結(jié)束。

在該圖像傳輸儀中，所述圖像傳感器節(jié)點包括傳感器模塊、無線通信模塊，其中傳感器模塊采用具有圖像采集、數(shù)據(jù)壓縮功能的串口攝像頭模塊PTC08，用于圖像的采集和初步處理；PTC08是一款集圖像采集、拍攝控制、數(shù)據(jù)壓縮和串口傳輸于一體的工業(yè)級圖像采集處理模塊，其內(nèi)置的高性能數(shù)字信號處理芯片實現(xiàn)了對原始圖像的高比例壓縮；圖像輸出采用標準JPEG格式，可方便地兼容各種圖像處理軟件；標準的三線式RS-232通信接口以及簡單的圖像傳輸協(xié)議使得攝像頭可以方便地實現(xiàn)與電腦以及各種嵌入式系統(tǒng)的連接；預留的紅外補光功能接口可以外接紅外燈板，在各種光照條件下清晰成像。無線通信模塊通過ZigBee微處理器單元自帶的微控制器來控制攝像頭完成對圖像的采集，然后利用射頻收發(fā)器無線發(fā)送給匯聚節(jié)點。在該系統(tǒng)中，ZigBee微處理器單元選取了CC2530F256作為無線通信模塊的主芯片。該芯片結(jié)合了高性能的2.4GHz直接序列擴頻(DSSS)射頻收發(fā)器和一個高性能低功耗的8051微控制器，用于搭建功能健全價格低廉的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。該芯片具有優(yōu)良的無線接收靈敏度和抗干擾性，可以在超短時間內(nèi)從休眠模式轉(zhuǎn)換到主動模式，能耗特別小，非常適合要求長時間工作的野外使用。

在該圖像傳輸儀中，所述匯聚節(jié)點利用MAX3232E芯片將ZigBee微處理器單元的TTL電平與上位機的R-232電平進行串口電平轉(zhuǎn)換，ZigBee微處理器單元將無線收發(fā)單元接收到的數(shù)據(jù)通過P03_TX輸出，串口數(shù)據(jù)進入MAX3232E的T2IN，完成串口電平轉(zhuǎn)換后從T2OUT輸出到上位機；所述上位機將控制指令經(jīng)過DB9的RXD0傳輸?shù)組AX3232E的R21N，完成串口電平轉(zhuǎn)換后從R2OUT輸出，串口數(shù)據(jù)進入ZigBee微處理器單元的P02_PX。

在該圖像傳輸儀中，所述上位機的應(yīng)用軟件流程如下所示：

步驟1、開始；

步驟2、串口初始化，設(shè)置端口號和波特率，打開串口；

步驟3、控制攝像頭復位；

步驟4、設(shè)置攝像頭波特率；

步驟5、設(shè)置拍照圖片大??；

步驟6、設(shè)置拍照圖片壓縮率；

步驟7、設(shè)置連續(xù)拍照數(shù)量N，i=N；

步驟8、i--；

步驟9、控制攝像頭拍照；

步驟10、讀取所拍圖片長度；

步驟11、讀取所拍圖片數(shù)據(jù)；

步驟12保存圖片，清空緩存；

步驟13、判斷i是否大于0，是則執(zhí)行步驟8，否則執(zhí)行步驟14；

步驟14、結(jié)束。

在該圖像傳輸儀中，所述匯聚節(jié)點的軟件流程如下所示：

步驟1、開始；

步驟2、CC2530模塊初始化；

步驟3、讀串口數(shù)據(jù)，關(guān)閉無線接收器；

步驟4、將串口數(shù)據(jù)無線發(fā)送到圖像傳感器節(jié)點；

步驟5、判斷命令幀ID是否等于5，是則執(zhí)行步驟6，否則執(zhí)行步驟7；

步驟6、打開無線接收器，接收圖像傳感器節(jié)點發(fā)送的應(yīng)答幀，發(fā)送到上位機，進一步執(zhí)行步驟11；

步驟7、判斷命令幀ID是否等于7，是則執(zhí)行步驟8，否則執(zhí)行步驟11；

步驟8、打開無線接收器；

步驟9、接收圖像傳感器節(jié)點發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)幀，剝離幀頭后發(fā)送到上位機；

步驟10、判斷是否為最后一幀，是則執(zhí)行步驟11，否則執(zhí)行步驟9；

步驟11、結(jié)束。

在該圖像傳輸儀中，所述圖像傳感器節(jié)點的程序設(shè)計流程如下所示：

步驟1、開始；

步驟2、CC2530模塊上電初始化；

步驟3、CC2530模塊接收匯聚節(jié)點發(fā)送的攝像頭初始化命令幀；

步驟4、CC2530模塊向攝像頭發(fā)送經(jīng)過處理的初始化指令；

步驟5、攝像頭初始化；

步驟6、CC2530模塊接收匯聚節(jié)點發(fā)送的圖像采集命令幀；

步驟7、CC2530模塊向攝像頭發(fā)送經(jīng)過處理的采集指令；

步驟8、攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)，發(fā)送到CC2530模塊；

步驟9、CC2530模塊將圖像數(shù)據(jù)封裝為圖像數(shù)據(jù)幀，發(fā)送到匯聚節(jié)點；

步驟10、判斷一幅圖片是否采集完成，是則執(zhí)行步驟11，否則返回步驟9；

步驟11、結(jié)束。

本發(fā)明的有益效果是：

一種基于NEXT系列產(chǎn)品的圖像傳輸儀，其特征在于該系統(tǒng)由圖像傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點、上位機構(gòu)成，其中圖像傳感器節(jié)點包括傳感器模塊、無線通信模塊，進一步的，傳感器模塊由圖像數(shù)據(jù)采集單元和圖像數(shù)據(jù)處理單元構(gòu)成，無線通信模塊由ZigBee微處理器單元以及無線收發(fā)單元構(gòu)成；傳感器模塊由圖像數(shù)據(jù)采集單元和圖像數(shù)據(jù)處理單元構(gòu)成，單元之間采用RS-232接口連接；無線通信模塊由ZigBee微處理器單元以及無線收發(fā)單元構(gòu)成，單元之間采用RS-232接口連接；傳感器模塊與無線通信模塊之間采用PTC08串口進行連接與無線通信模塊連接，用于采集圖像信息并對信息進行處理；匯聚節(jié)點通過ZigBee信道與無線通信模塊連接，匯聚節(jié)點用于對多個圖像傳感器節(jié)點傳來的信息進行整合并與上位機之間通過RS-232接口進行交互；上位機用于執(zhí)行上位機應(yīng)用軟件。該發(fā)明可實現(xiàn)多通道同步數(shù)據(jù)的高速采集；該發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、兼容性好、實時性強、成本低廉的特點。

附圖說明

以下結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的解釋說明。

圖1是基于NEXT系列產(chǎn)品的圖像傳輸儀總體框架圖；

圖2是CC2530芯片外圍接口電路圖；

圖3是PTC08與CC2530芯片通信電路圖；

圖4是匯聚節(jié)點與上位機串口通信電路圖；

圖5是上位機應(yīng)用軟件流程圖；

圖6是匯聚節(jié)點軟件流程圖；

圖7是圖像傳感器節(jié)點程序設(shè)計流程圖。

具體實施方式

本發(fā)明的具體實施方式為：所述的一種基于ZigBee的NEXT系列產(chǎn)品的圖像傳輸儀由圖像傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點、上位機構(gòu)成，其中圖像傳感器節(jié)點包括傳感器模塊、無線通信模塊，進一步的，傳感器模塊由圖像數(shù)據(jù)采集單元和圖像數(shù)據(jù)處理單元構(gòu)成，無線通信模塊由ZigBee微處理器單元以及無線收發(fā)單元構(gòu)成；在無線圖像傳感器節(jié)點中，傳感器模塊采用具有圖像采集、數(shù)據(jù)壓縮功能的串口攝像頭模塊PTC08，無線通信模塊采用基于TI公司的ZigBee微處理器單元芯片，通過ZigBee微處理器單元芯片自帶的微控制器來控制攝像頭完成對圖像的采集，然后利用ZigBee微處理器單元無線發(fā)送給匯聚節(jié)點。匯聚節(jié)點同樣采用CC2530無線通信模塊，它將接收到的圖像數(shù)據(jù)通過RS-232串口傳送到上位機。系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用了模塊化的設(shè)計理念，主要包括上位機的程序設(shè)計，匯聚節(jié)點中CC2530 模塊的程序設(shè)計和圖像傳感器節(jié)點中CC2530模塊程序。

具體的，上位機執(zhí)行上位機應(yīng)用軟件，通過RS-232串口線發(fā)送控制圖像數(shù)據(jù)采集單元初始化及拍照的命令幀到匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點將命令幀轉(zhuǎn)發(fā)給圖像傳感器節(jié)點，圖像傳感器節(jié)點向圖像數(shù)據(jù)采集單元發(fā)送拍照指令，圖像數(shù)據(jù)采集單元接收到拍照指令后，向ZigBee微處理器單元模塊返回一個確認消息；然后再向圖像數(shù)據(jù)采集單元發(fā)送讀取所拍圖片長度指令，圖像數(shù)據(jù)采集單元返回圖片數(shù)據(jù)的總長度，最后向圖像數(shù)據(jù)采集單元發(fā)送讀取所拍圖片數(shù)據(jù)指令，圖像數(shù)據(jù)采集單元將所采集的圖片數(shù)據(jù)一次性返回到圖像數(shù)據(jù)處理單元，上位機檢驗所接收到的數(shù)據(jù)為完整的圖片數(shù)據(jù)則發(fā)送給圖像數(shù)據(jù)采集單元清空圖片緩存指令，至此一幅圖像的拍照過程結(jié)束。

除了上述以外本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也都能理解到，在此說明和圖示的具體實施例都可以進一步變動結(jié)合。雖然本發(fā)明是就其較佳實施例予以示圖說明的，但是熟悉本技術(shù)的人都可理解到，在所述權(quán)利要求書中所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，還可對本發(fā)明做出多種改動和變動。

圖1是基于ZigBee的NEXT系列產(chǎn)品的圖像傳輸儀總體框架圖，傳感器模塊由圖像數(shù)據(jù)采集單元和圖像數(shù)據(jù)處理單元構(gòu)成，單元之間采用RS-232接口連接；無線通信模塊由ZigBee微處理器單元以及無線收發(fā)單元構(gòu)成，單元之間采用RS-232接口連接；傳感器模塊與無線通信模塊之間采用PTC08串口進行連接與無線通信模塊連接，用于采集圖像信息并對信息進行處理；匯聚節(jié)點通過ZigBee信道與無線通信模塊連接，匯聚節(jié)點用于對多個圖像傳感器節(jié)點傳來的信息進行整合并與上位機之間通過RS-232接口進行交互；上位機用于執(zhí)行上位機應(yīng)用軟件。

圖2是CC2530芯片外圍接口電路圖，CC2530是用于2.4GHz IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE應(yīng)用的一個真正的片上系統(tǒng)解決方案，其內(nèi)部已集成豐富的外設(shè)接口，因此采用較少的外圍電路就可以實現(xiàn)信號收發(fā)的功能。在圖像傳感器節(jié)點中，主要使用CC2530的UART接口與PTC08進行通信，CC2530需要兩個晶振，分別為32MHz的晶振和32.768KHz的晶振，其中32MHz的晶振用來協(xié)助完成無線收發(fā)功能，32.768KHz的晶振主要使用在睡眠定時器和看門狗定時器上，為要求精確時間的系統(tǒng)提供一個穩(wěn)定的時鐘信號。

圖3是PTC08與CC2530芯片通信電路圖，圖像傳感器節(jié)點利用CC2530來控制攝像頭，實現(xiàn)對圖像數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送。PTC08模塊的通訊接口分別與CC2530芯片上相對應(yīng)的引腳直接相連，TX與CC2530芯片上的RXD相連，RX與CC2530芯片上的RXD相連，攝像頭的工作電壓為5伏，芯片的工作電壓為3.3伏。

圖4是匯聚節(jié)點與上位機串口通信電路圖，匯聚節(jié)點利用MAX3232E芯片將ZigBee微處理器單元的TTL電平與上位機的R-232電平進行串口電平轉(zhuǎn)換，ZigBee微處理器單元將無線收發(fā)單元接收到的數(shù)據(jù)通過P03_TX輸出，串口數(shù)據(jù)進入MAX3232E的T2IN，完成串口電平轉(zhuǎn)換后從T2OUT輸出到上位機；所述上位機將控制指令經(jīng)過DB9的RXD0傳輸?shù)組AX3232E的R21N，完成串口電平轉(zhuǎn)換后從R2OUT輸出，串口數(shù)據(jù)進入ZigBee微處理器單元的P02_PX。

圖5是上位機應(yīng)用軟件流程圖，上位機的應(yīng)用軟件流程如下所示：

步驟1、開始；

步驟2、串口初始化，設(shè)置端口號和波特率，打開串口；

步驟3、控制攝像頭復位；

步驟4、設(shè)置攝像頭波特率；

步驟5、設(shè)置拍照圖片大??；

步驟6、設(shè)置拍照圖片壓縮率；

步驟7、設(shè)置連續(xù)拍照數(shù)量N，i=N；

步驟8、i--；

步驟9、控制攝像頭拍照；

步驟10、讀取所拍圖片長度；

步驟11、讀取所拍圖片數(shù)據(jù)；

步驟12保存圖片，清空緩存；

步驟13、判斷i是否大于0，是則執(zhí)行步驟8，否則執(zhí)行步驟14；

步驟14、結(jié)束。

圖6是匯聚節(jié)點軟件流程圖，匯聚節(jié)點的軟件流程如下所示：

步驟1、開始；

步驟2、CC2530模塊初始化；

步驟3、讀串口數(shù)據(jù)，關(guān)閉無線接收器；

步驟4、將串口數(shù)據(jù)無線發(fā)送到圖像傳感器節(jié)點；

步驟5、判斷命令幀ID是否等于5，是則執(zhí)行步驟6，否則執(zhí)行步驟7；

步驟6、打開無線接收器，接收圖像傳感器節(jié)點發(fā)送的應(yīng)答幀，發(fā)送到上位機，進一步執(zhí)行步驟11；

步驟7、判斷命令幀ID是否等于7，是則執(zhí)行步驟8，否則執(zhí)行步驟11；

步驟8、打開無線接收器；

步驟9、接收圖像傳感器節(jié)點發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)幀，剝離幀頭后發(fā)送到上位機；

步驟10、判斷是否為最后一幀，是則執(zhí)行步驟11，否則執(zhí)行步驟9；

步驟11、結(jié)束。；

圖7是圖像傳感器節(jié)點程序設(shè)計流程圖，圖像傳感器節(jié)點的程序設(shè)計流程如下所示：

步驟1、開始；

步驟2、ZigBee微處理器單元上電初始化；

步驟3、ZigBee微處理器單元接收匯聚節(jié)點發(fā)送的攝像頭初始化命令幀；

步驟4、ZigBee微處理器單元向攝像頭發(fā)送經(jīng)過處理的初始化指令；

步驟5、攝像頭初始化；

步驟6、ZigBee微處理器單元接收匯聚節(jié)點發(fā)送的圖像采集命令幀；

步驟7、ZigBee微處理器單元向攝像頭發(fā)送經(jīng)過處理的采集指令；

步驟8、攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)，發(fā)送到ZigBee微處理器單元；

步驟9、ZigBee微處理器單元將圖像數(shù)據(jù)封裝為圖像數(shù)據(jù)幀，發(fā)送到匯聚節(jié)點；

步驟10、判斷一幅圖片是否采集完成，是則執(zhí)行步驟11，否則返回步驟9；

步驟11、結(jié)束。