基于Zigbee的无线图像采集节点的设计与实现.docVIP

  基于 Zigbee 的无线图像采集节点的设计与 实现 周慧玲，陈瀚* 5 10 15 20 25 30 35 （北京邮电大学自动化学院，北京 100876） 摘要：本文利用 Zigbee 技术，采用必威体育精装版的高性能微处理器和图像传感器，提出一种低功耗、 低成本、高性能的无线图像采集节点的设计方案，并给出其传输距离、传输时间、功耗的测 试结果。该节点适合于对实时性要求不高、成本敏感的应用场合，具有十分积极的实用价值。 关键词：检测技术与自动化装置；无线传感网络；Zigbee 中图分类号：TP23 Design and Implementation of Wireless Node Based on Zigbee Protocol for Image Acquisition Zhou Huiling, Chen Han (School of Automation, Beijing University of Posts and Telecommunications,Beijing 100876) Abstract: Using the latest high-performance microprocessor and CMOS image sensor, the author proposes a solution on the implementation of wireless image acquisition node. The node, with low power dissipation, low cost, and high performance, suits for situation where the demand for real-time performance is not strong. Moreover, the paper shows the testing results on transmission range and time. Key words: Detection Technology and Automation Devices; Wireless Sensor Networks; Zigbee 0 引言 传统的无线传感器网络主要研究在能量受限的传感器节点实现环境数据的采集传输，随 着监测环境日趋复杂，对简单物理参数的监测已无法满足人们对环境的全面监测需求[1]，信 息量更为丰富的图像被引入以无线传感器网络为基础的监测活动中来。通过图像信息对环境 进行监测，从视觉层面直观感知环境状态，可以实现细粒度、精准信息的环境监测[2]。 在无线传感网络中，低速率、低功耗、短距离的 Zigbee 技术是无线通信技术的首选。 在 Zigbee 无线协议和组网应用已成熟的前提下，利用 Zigbee 技术进行图像采集传输的研究 重点在于图像采集节点所采用的硬件平台和数据流格式。当前主流硬件方案是 ARM+DSP、 FPGA+视频编码芯片、低端微控制器+串口摄像头。而 Zigbee 无线收发器件的选型大多以 TI 公司的 CC2430、CC2530 等收发芯片为基础，输出功率小，传输距离近。总体来说，以 上方案都无法在功耗、成本、处理能力三方面达到最优平衡，无法满足无线传感器节点低功 耗、低成本的设计要求。 因此，本文提出一种新的 Zigbee 无线图像采集节点的实现方案，具有如下特点：（1） 采用微处理器 STM32+帧缓存芯片采集 CMOS 数字摄像头输出的图像数据，采集效率高； （2）利用软件算法对图像数据进行 JPEG 压缩，节约硬件成本；（3）采用 Zigbee 收发一体 芯片 AT86RF212，输出功率高，传输距离远。 作者简介：周慧玲（1965），女，教授，嵌入式系统与测控网络. huiling@bupt.edu.cn -1-   40 45  1 硬件设计 无线图像传感器节点的设计与普通的传感器节点一样，必须遵循微型化、低成本、扩展 性和稳定性好的基本设计原则[3]；但由于图像信息的数据量大，因此节点处理器单元必须具 备足够的存储空间和运算速度。本方案的节点主要由三部分组成：微处理器模块、摄像头模 块以及无线射频模块。微处理器模块选用 STM32F103ZET6 作为核心 CPU，无线射频模块 选用 AT86RF212 无线收发芯片，摄像头模块选用 OV7670 摄像头模组加帧缓存芯片 AL440B。节点硬件平台围绕 CPU STM32F103ZET6 进行外围电路设计，硬件设计框图如图 1 所示。 电源部分  LCD  FLASH  OV7670 + AL440B GPIO FSMC SRAM STM32 时钟 电路 SPI JTAG 复位 电路