一种NEXT系列产品的图像传输仪的制作方法

本发明属于图像处理领域的具体应用，尤其涉及一种基于ZigBee的NEXT系列产品的图像传输仪。

背景技术：

进入21世纪以来，以物联网、云计算、智慧地球等为代表的新一代信息技术蓬勃发展，促进了以绿色、智能和可持续发展为特征的新一轮科技革命和产业革命的来临。能否抓住信息优势的制高点，已成为后金融危机时代世界各国重塑国家竞争优势和长远竞争力的战略抉择。ZigBee在中国被译为“紫蜂”，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具有动态组织、适应性强的特点，图像数据具有媒体信息丰富，信息量大，信息表现形式直观的优势。基于ZigBee的连续图像传输系统作为二者的结合，在军事、医疗、农业、环境、家庭和其它的商用领域都有广阔的应用前景和很高的应用价值。基于ZigBee的连续图像传输系统，可以提供一种携带方便、操作灵活、组网快捷的通信手段，满足通信要求，提升现有设备的数字化水平，实现对目标的监视。

近年来，基于ZigBee的无线多媒体传输技术的研究热点主要集中在通信协议、节能技术、路由算法和数据压缩技术，大多数研究基于理论模型或仿真实现。在传输协议方面，研究重点是MAC层、网络层协议的研究与优化，使其能够适用于无线音视频的大数据量的应用环境；在节能方面，主要的研究热点是能量管理及休眠、唤醒机制，从而降低节点的能量损耗。另外，也有适用于无线视频传输的压缩编码算法和传输方案被提出，通过数据处理和压缩，可以大大的减少无线传输的数据量，从而降低网络负载。但是，这些研究仅仅是对某一项指标进行了适当地优化，没有从多指标和系统化的角度进行综合考虑。本发明设计了一种基于ZigBee微处理器单元的连续图像传输系统，本发明基于ZigBee技术实现了连续图像的采集、处理与传输，本发明由无线图像传感器节点、汇聚节点和上位机组成。在无线图像传感器节点中，传感器模块采用具有图像采集、数据压缩功能的串口摄像头模块PTC08，无线通信模块采用基于TI公司的CC2530芯片，通过CC2530芯片自 带的微控制器来控制摄像头完成对图像的采集，然后利用CC2530无线发送给汇聚节点。汇聚节点同样采用CC2530无线通信模块，它将接收到的图像数据通过RS-232串口传送到上位机。本发明具有结构简单、低成本廉、低功耗、高可靠性、兼容性好的优点。

技术实现要素：

为了进一步解决仪器的数据高同步采集以及实时传输的问题。本发明的目的在于提供基于ZigBee的NEXT系列产品的图像传输仪，该发明具有结构简单、低成本廉、低功耗、高可靠性、兼容性好的优点。

为了实现上述系统，本发明采取的技术方案是：

一种NEXT系列产品的图像传输仪，其特征在于该系统由图像传感器节点、汇聚节点、上位机构成，其中图像传感器节点包括传感器模块、无线通信模块，进一步的，传感器模块由图像数据采集单元和图像数据处理单元构成，无线通信模块由ZigBee微处理器单元以及无线收发单元构成；上位机执行上位机应用软件，通过RS-232串口线发送控制图像数据采集单元初始化及拍照的命令帧到汇聚节点，汇聚节点将命令帧转发给图像传感器节点，图像传感器节点向图像数据采集单元发送拍照指令，图像数据采集单元接收到拍照指令后，向ZigBee微处理器单元模块返回一个确认消息；然后再向图像数据采集单元发送读取所拍图片长度指令，图像数据采集单元返回图片数据的总长度，最后向图像数据采集单元发送读取所拍图片数据指令，图像数据采集单元将所采集的图片数据一次性返回到图像数据处理单元，上位机检验所接收到的数据为完整的图片数据则发送给图像数据采集单元清空图片缓存指令，至此一幅图像的拍照过程结束。

在该图像传输仪中，所述图像传感器节点包括传感器模块、无线通信模块，其中传感器模块采用具有图像采集、数据压缩功能的串口摄像头模块PTC08，用于图像的采集和初步处理；PTC08是一款集图像采集、拍摄控制、数据压缩和串口传输于一体的工业级图像采集处理模块，其内置的高性能数字信号处理芯片实现了对原始图像的高比例压缩；图像输出采用标准JPEG格式，可方便地兼容各种图像处理软件；标准的三线式RS-232通信接口以及简单的图像传输协议使得摄像头可以方便地实现与电脑以及各种嵌入式系统的连接；预留的红外补光功能接口可以外接红外灯板，在各种光照条件下清晰成像。无线通信模块通过ZigBee微处理器单元自带的微控制器来控制摄像头完成对图像的采集，然后利用射频收发器无线发送给汇聚节点。在该系统中，ZigBee微处理器单元选取了CC2530F256作为无线通信模块的主芯片。该芯片结合了高性能的2.4GHz直接序列扩频(DSSS)射频收发器和一个高性能低功耗的8051微控制器，用于搭建功能健全价格低廉的网络节点。该芯片具有优良的无线接收灵敏度和抗干扰性，可以在超短时间内从休眠模式转换到主动模式，能耗特别小，非常适合要求长时间工作的野外使用。

在该图像传输仪中，所述汇聚节点利用MAX3232E芯片将ZigBee微处理器单元的TTL电平与上位机的R-232电平进行串口电平转换，ZigBee微处理器单元将无线收发单元接收到的数据通过P03_TX输出，串口数据进入MAX3232E的T2IN，完成串口电平转换后从T2OUT输出到上位机；所述上位机将控制指令经过DB9的RXD0传输到MAX3232E的R21N，完成串口电平转换后从R2OUT输出，串口数据进入ZigBee微处理器单元的P02_PX。

在该图像传输仪中，所述上位机的应用软件流程如下所示：

步骤1、开始；

步骤2、串口初始化，设置端口号和波特率，打开串口；

步骤3、控制摄像头复位；

步骤4、设置摄像头波特率；

步骤5、设置拍照图片大小；

步骤6、设置拍照图片压缩率；

步骤7、设置连续拍照数量N，i=N；

步骤8、i--；

步骤9、控制摄像头拍照；

步骤10、读取所拍图片长度；

步骤11、读取所拍图片数据；

步骤12保存图片，清空缓存；

步骤13、判断i是否大于0，是则执行步骤8，否则执行步骤14；

步骤14、结束。

在该图像传输仪中，所述汇聚节点的软件流程如下所示：

步骤1、开始；

步骤2、CC2530模块初始化；

步骤3、读串口数据，关闭无线接收器；

步骤4、将串口数据无线发送到图像传感器节点；

步骤5、判断命令帧ID是否等于5，是则执行步骤6，否则执行步骤7；

步骤6、打开无线接收器，接收图像传感器节点发送的应答帧，发送到上位机，进一步执行步骤11；

步骤7、判断命令帧ID是否等于7，是则执行步骤8，否则执行步骤11；

步骤8、打开无线接收器；

步骤9、接收图像传感器节点发送的图像数据帧，剥离帧头后发送到上位机；

步骤10、判断是否为最后一帧，是则执行步骤11，否则执行步骤9；

步骤11、结束。

在该图像传输仪中，所述图像传感器节点的程序设计流程如下所示：

步骤1、开始；

步骤2、CC2530模块上电初始化；

步骤3、CC2530模块接收汇聚节点发送的摄像头初始化命令帧；

步骤4、CC2530模块向摄像头发送经过处理的初始化指令；

步骤5、摄像头初始化；

步骤6、CC2530模块接收汇聚节点发送的图像采集命令帧；

步骤7、CC2530模块向摄像头发送经过处理的采集指令；

步骤8、摄像头采集图像数据，发送到CC2530模块；

步骤9、CC2530模块将图像数据封装为图像数据帧，发送到汇聚节点；

步骤10、判断一幅图片是否采集完成，是则执行步骤11，否则返回步骤9；

步骤11、结束。

本发明的有益效果是：

一种基于NEXT系列产品的图像传输仪，其特征在于该系统由图像传感器节点、汇聚节点、上位机构成，其中图像传感器节点包括传感器模块、无线通信模块，进一步的，传感器模块由图像数据采集单元和图像数据处理单元构成，无线通信模块由ZigBee微处理器单元以及无线收发单元构成；传感器模块由图像数据采集单元和图像数据处理单元构成，单元之间采用RS-232接口连接；无线通信模块由ZigBee微处理器单元以及无线收发单元构成，单元之间采用RS-232接口连接；传感器模块与无线通信模块之间采用PTC08串口进行连接与无线通信模块连接，用于采集图像信息并对信息进行处理；汇聚节点通过ZigBee信道与无线通信模块连接，汇聚节点用于对多个图像传感器节点传来的信息进行整合并与上位机之间通过RS-232接口进行交互；上位机用于执行上位机应用软件。该发明可实现多通道同步数据的高速采集；该发明具有结构简单、兼容性好、实时性强、成本低廉的特点。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的解释说明。

图1是基于NEXT系列产品的图像传输仪总体框架图；

图2是CC2530芯片外围接口电路图；

图3是PTC08与CC2530芯片通信电路图；

图4是汇聚节点与上位机串口通信电路图；

图5是上位机应用软件流程图；

图6是汇聚节点软件流程图；

图7是图像传感器节点程序设计流程图。

具体实施方式

本发明的具体实施方式为：所述的一种基于ZigBee的NEXT系列产品的图像传输仪由图像传感器节点、汇聚节点、上位机构成，其中图像传感器节点包括传感器模块、无线通信模块，进一步的，传感器模块由图像数据采集单元和图像数据处理单元构成，无线通信模块由ZigBee微处理器单元以及无线收发单元构成；在无线图像传感器节点中，传感器模块采用具有图像采集、数据压缩功能的串口摄像头模块PTC08，无线通信模块采用基于TI公司的ZigBee微处理器单元芯片，通过ZigBee微处理器单元芯片自带的微控制器来控制摄像头完成对图像的采集，然后利用ZigBee微处理器单元无线发送给汇聚节点。汇聚节点同样采用CC2530无线通信模块，它将接收到的图像数据通过RS-232串口传送到上位机。系统的软件设计采用了模块化的设计理念，主要包括上位机的程序设计，汇聚节点中CC2530 模块的程序设计和图像传感器节点中CC2530模块程序。

具体的，上位机执行上位机应用软件，通过RS-232串口线发送控制图像数据采集单元初始化及拍照的命令帧到汇聚节点，汇聚节点将命令帧转发给图像传感器节点，图像传感器节点向图像数据采集单元发送拍照指令，图像数据采集单元接收到拍照指令后，向ZigBee微处理器单元模块返回一个确认消息；然后再向图像数据采集单元发送读取所拍图片长度指令，图像数据采集单元返回图片数据的总长度，最后向图像数据采集单元发送读取所拍图片数据指令，图像数据采集单元将所采集的图片数据一次性返回到图像数据处理单元，上位机检验所接收到的数据为完整的图片数据则发送给图像数据采集单元清空图片缓存指令，至此一幅图像的拍照过程结束。

除了上述以外本发明所属技术领域的普通技术人员也都能理解到，在此说明和图示的具体实施例都可以进一步变动结合。虽然本发明是就其较佳实施例予以示图说明的，但是熟悉本技术的人都可理解到，在所述权利要求书中所限定的本发明的精神和范围内，还可对本发明做出多种改动和变动。

图1是基于ZigBee的NEXT系列产品的图像传输仪总体框架图，传感器模块由图像数据采集单元和图像数据处理单元构成，单元之间采用RS-232接口连接；无线通信模块由ZigBee微处理器单元以及无线收发单元构成，单元之间采用RS-232接口连接；传感器模块与无线通信模块之间采用PTC08串口进行连接与无线通信模块连接，用于采集图像信息并对信息进行处理；汇聚节点通过ZigBee信道与无线通信模块连接，汇聚节点用于对多个图像传感器节点传来的信息进行整合并与上位机之间通过RS-232接口进行交互；上位机用于执行上位机应用软件。

图2是CC2530芯片外围接口电路图，CC2530是用于2.4GHz IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统解决方案，其内部已集成丰富的外设接口，因此采用较少的外围电路就可以实现信号收发的功能。在图像传感器节点中，主要使用CC2530的UART接口与PTC08进行通信，CC2530需要两个晶振，分别为32MHz的晶振和32.768KHz的晶振，其中32MHz的晶振用来协助完成无线收发功能，32.768KHz的晶振主要使用在睡眠定时器和看门狗定时器上，为要求精确时间的系统提供一个稳定的时钟信号。

图3是PTC08与CC2530芯片通信电路图，图像传感器节点利用CC2530来控制摄像头，实现对图像数据的采集和发送。PTC08模块的通讯接口分别与CC2530芯片上相对应的引脚直接相连，TX与CC2530芯片上的RXD相连，RX与CC2530芯片上的RXD相连，摄像头的工作电压为5伏，芯片的工作电压为3.3伏。

图4是汇聚节点与上位机串口通信电路图，汇聚节点利用MAX3232E芯片将ZigBee微处理器单元的TTL电平与上位机的R-232电平进行串口电平转换，ZigBee微处理器单元将无线收发单元接收到的数据通过P03_TX输出，串口数据进入MAX3232E的T2IN，完成串口电平转换后从T2OUT输出到上位机；所述上位机将控制指令经过DB9的RXD0传输到MAX3232E的R21N，完成串口电平转换后从R2OUT输出，串口数据进入ZigBee微处理器单元的P02_PX。

图5是上位机应用软件流程图，上位机的应用软件流程如下所示：

步骤1、开始；

步骤2、串口初始化，设置端口号和波特率，打开串口；

步骤3、控制摄像头复位；

步骤4、设置摄像头波特率；

步骤5、设置拍照图片大小；

步骤6、设置拍照图片压缩率；

步骤7、设置连续拍照数量N，i=N；

步骤8、i--；

步骤9、控制摄像头拍照；

步骤10、读取所拍图片长度；

步骤11、读取所拍图片数据；

步骤12保存图片，清空缓存；

步骤13、判断i是否大于0，是则执行步骤8，否则执行步骤14；

步骤14、结束。

图6是汇聚节点软件流程图，汇聚节点的软件流程如下所示：

步骤1、开始；

步骤2、CC2530模块初始化；

步骤3、读串口数据，关闭无线接收器；

步骤4、将串口数据无线发送到图像传感器节点；

步骤5、判断命令帧ID是否等于5，是则执行步骤6，否则执行步骤7；

步骤6、打开无线接收器，接收图像传感器节点发送的应答帧，发送到上位机，进一步执行步骤11；

步骤7、判断命令帧ID是否等于7，是则执行步骤8，否则执行步骤11；

步骤8、打开无线接收器；

步骤9、接收图像传感器节点发送的图像数据帧，剥离帧头后发送到上位机；

步骤10、判断是否为最后一帧，是则执行步骤11，否则执行步骤9；

步骤11、结束。；

图7是图像传感器节点程序设计流程图，图像传感器节点的程序设计流程如下所示：

步骤1、开始；

步骤2、ZigBee微处理器单元上电初始化；

步骤3、ZigBee微处理器单元接收汇聚节点发送的摄像头初始化命令帧；

步骤4、ZigBee微处理器单元向摄像头发送经过处理的初始化指令；

步骤5、摄像头初始化；

步骤6、ZigBee微处理器单元接收汇聚节点发送的图像采集命令帧；

步骤7、ZigBee微处理器单元向摄像头发送经过处理的采集指令；

步骤8、摄像头采集图像数据，发送到ZigBee微处理器单元；

步骤9、ZigBee微处理器单元将图像数据封装为图像数据帧，发送到汇聚节点；

步骤10、判断一幅图片是否采集完成，是则执行步骤11，否则返回步骤9；

步骤11、结束。