基于ZigBee的无线连续图像传输系统的制作方法

本发明涉及一种基于zigbee的无线连续图像传输系统，属于无线通信和图像领域。

背景技术：

zigbee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它是一组基于ieee802.15.4无线标准研制开发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准，主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。

zigbee技术具有如下特点：

1、高可靠性：采用载波监听多路访问/冲突避免(carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance，csma/ca)技术避免了发送数据时的竞争和冲突；使用带应答的传输方式和重传机制；使用循环冗余校验(cyclicalredundancycheck，crc)确保数据的正确性。

2、低功耗：终端设备通信状态下为几十毫瓦，睡眠模式下为几十微瓦。在低耗电待机模式下2节5号干电池可支持1个节点工作6个月～24个月。

3、低成本：zigbee芯片成本只有两美元左右，而且zigbee协议是免专利费的。

4、高安全性：zigbee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单防止非法获取数据以及采用高级加密标准(advancedencryptionstandardwith128-bitkey，aes-128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。

5、时延短：通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延是30ms，休眠激活的时延是15ms，活动设备信道接入的时延是15ms。

6、网络容量大：每个zigbee网络最多可支持65535个设备。

相对于现有的各种无线通信技术，zigbee技术具有低功耗和低成本的特点，适合于承载数据流量较小的业务。

zigbee协议栈体系结构示意图如图1所示，参照开放式系统互联(opensysteminterconnect，osi)模型，从上到下依次为应用层(applicationlayer，apl)、网络层(networklayer，nwk)、媒体访问控制层(mediumaccesslayer，mac)和物理层(physicallayer，phy)，其中应用层由应用对象(至多240个)、zigbee设备对象(zigbeedeviceobject，zdo)和应用支持子层(applicationsupportsub-layer，aps)组成。此外还制定了安全服务层，为nwk和aps提供安全服务。

zigbee非常适合于低数据速率下的控制应用以及传感信号传输的物联网相关应用，在各国学者和工程技术人员的努力下，经过多年的发展，zigbee技术逐渐走向了实际应用的领域，成为短距离无线传输的一个主要标准，并且朝着微型化、多功能化、智能化、低功耗的方向发展。

zigbee技术发展的最初目的并不是用来传输语音、图像和视频等多媒体信息，传统的zigbee技术是在能量严重受限的微型节点上实现简单的环境数据(如温度、湿度、光强等)的采集、传输和处理。但随着环境全面监测需求的不断提升，人们迫切需要传输更多的数据量，如语音、图像、视频等信息，以实现更加精细的环境监测，例如在山区、矿井等没有公网信号的地方，需要实时数据采集和环境监控，并在必要时也需要进行工作人员之间的联络。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于zigbee的无线连续图像传输系统，包括包括上位机应用子系统、汇聚节点子系统、图象传感器子系统，所述上位机子系统与汇聚节点子系统连接，汇聚节点子系统与图像传感器子系统无线连接，所述汇聚节点子系统和图像传感器子系统均包括无线通信模块，所述图像传感器子系统还包括摄像头模块，所述上位机子系统与汇聚节点子系统之间通过串口连接。

优选的，上述上位机子系统实现上位机串口初始化、指令发送、数据接收和检验以及图像保存，上位机与汇聚节点通过串口相连，通过rs-232串口向汇聚节点发送指令。

优选的，上述汇聚节点子系统实现汇聚节点初始化、数据接收和数据发送；汇聚节点初始化包括协议栈初始化和无线通信模块外围电路的初始化；数据接收包括无线接收来自图像传感器节点发送的数据，及通过串口接收来自上位机的指令；数据发送包括无线发送指令给图像传感器节点无线通信模块，及通过串口发送数据给上位机。

优选的，上述图像传感器子系统包括图像传感器节点初始化、数据接收和数据发送；图像传感器节点初始化是指协议栈初始化和无线通信外围电路的初始化；数据接收包括无线接收来自汇聚节点发送的指令，及通过串口接收来自摄像头的数据；数据发送包括无线发送数据给汇聚节点，及通过串口发送指令给摄像头。

优选的，上述上位机应用子系统包括串口通信模块和图像存储模块。串口通信模块包括初始化串口，通过rs-232串口线向汇聚节点发送控制摄像头初始化和拍照的命令帧，同时也要接收来自汇聚节点的摄像头应答帧及图像数据帧。图像存储模块将图像以jpeg文件格式保存到磁盘文件系统。

优选的，上述汇聚节点子系统中汇聚节点实现中继转发，上位机通过rs-232串口线发送控制摄像头初始化及拍照的命令帧到汇聚节点，汇聚节点没有取舍地将命令帧转发给图像传感器节点；汇聚节点接收图像传感器节点无线发送的应答帧及图像数据帧，并判断帧的类型，如果是图像数据帧，则将帧头去除，通过rs-232串口线将有效载荷转发到上位机，如果是其他类型的数据帧，则直接转发到上位机。在接收图像数据帧时，汇聚节点还要判断接收到的图像数据帧是否为最后一帧。

相比现有技术，本发明提供的基于zigbee的无线连续图像传输系统，能够适应较长的传输距离，不易受到图像像素大小、传输距离的影响，图像质量较高，连续图像的帧率也较高。

附图说明

图1为zigbee协议栈体系结构示意图；

图2为本发明基于zigbee的无线连续图像传输系统示意图；

图3为本发明基于zigbee的无线连续图像传输系统工作示意图；

图4为本发明基于zigbee的无线连续图像传输系统上位机工作流程示意图；

图5为本发明基于zigbee的无线连续图像传输系统汇聚节点工作流程示意图；

图6为本发明基于zigbee的无线连续图像传输系统图像传感器节点工作流程示意图。

具体实施方式

本发明提供一种基于zigbee的无线连续图像传输系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2所示，本发明提供的基于zigbee的无线连续图像传输系统，包括：

上位机子系统：包括上位机串口初始化、指令发送、数据接收和检验以及图像保存。上位机与汇聚节点通过串口相连，通过rs-232串口向汇聚节点发送指令，例如复位指令、设置拍照图片压缩率指令、读取所拍图片数据指令等，接收和检验来自汇聚节点的指令确认数据和图像数据，并对图像数据进行保存，主要实现摄像头初始化和摄像头拍照功能。

汇聚节点中无线通信模块的：包括汇聚节点初始化、数据接收和数据发送。汇聚节点初始化是指协议栈初始化和无线通信外围电路的初始化。数据接收包括无线接收来自图像传感器节点发送的数据，及通过串口接收来自上位机的指令。数据发送包括无线发送指令给图像传感器节点无线通信模块，及通过串口发送数据给上位机。

图像传感器节点子系统中无线通信模块：包括图像传感器节点初始化、数据接收和数据发送。图像传感器节点初始化是指协议栈初始化和无线通信模块外围电路的初始化；数据接收包括无线接收来自汇聚节点发送的指令，及通过串口接收来自摄像头的数据；数据发送包括无线发送数据给汇聚节点，及通过串口发送指令给摄像头。

连续图像传输系统中的各个模块需要与其他模块在时序上相互协调，系统软件工作示意图如图3所示。

用户可以通过上位机应用软件发送指令去控制摄像头的串口波特率、采集图像的大小及压缩率、连续拍照的数量等，能够在上位机端以jpeg的格式保存已拍图像。上位机应用软件流程图如图4所示。

整个无连续图像传输系统的内部通信，都是按照帧结构进行的。上位机对通信协议进行了定义，一共有三种帧结构：命令帧、应答帧和图像数据帧。

应答帧表示摄像头在接收到上位机发送的摄像头指令后返回的应答数据。上位机接收到应答帧后，对应答帧进行检验，如果正确，则继续执行，如果错误，则重新发送对应的命令帧。

上位机应用软件由两部分组成：串口通信模块和图像存储模块。串口通信模块包括初始化串口，通过rs-232串口线向汇聚节点发送控制摄像头初始化和拍照的命令帧，同时也要接收来自汇聚节点的摄像头应答帧及图像数据帧。图像存储模块将图像以jpeg文件格式保存到磁盘文件系统。

汇聚节点在整个系统中，扮演着中继转发的角色。上位机通过rs-232串口线发送控制摄像头初始化及拍照的命令帧到汇聚节点，汇聚节点没有取舍地将命令帧转发给图像传感器节点；汇聚节点接收图像传感器节点无线发送的应答帧及图像数据帧，并判断帧的类型，如果是图像数据帧，则将帧头去除，通过rs-232串口线将有效载荷转发到上位机，如果是其他类型的数据帧，则直接转发到上位机。在接收图像数据帧时，汇聚节点还要判断接收到的图像数据帧是否为最后一帧。汇聚节点软件流程图如图5所示。

图像传感器节点的具体操作流程如下：图像传感器节点上电初始化，接收汇聚节点无线发送的命令帧，解析并剥离帧头部分，通过串口发送到摄像头，对摄像头初始化和周期性地进行图像采集。无线通信模块通过串口读取摄像头采集到的图像数据，每从摄像头接收100个字节，就封装为一个图像数据帧，帧头表示这个图像数据帧是否为最后一帧。图像传感器节点的无线通信模块每封装完一个图像数据帧，就立即无线发送给汇聚节点的无线通信模块。图像传感器节点的软件流程图如图6所示。

通过实验证明，本发明提供的基于zigbee的无线连续图像传输系统，能够适应较长的传输距离，不易受到图像像素大小、传输距离的影响，图像质量较高，连续图像的帧率也较高。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。