CN101170836A - 基于无线传感器网络的远程图像监控系统 - Google Patents

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CN101170836A
CN101170836A CNA2007101344800A CN200710134480A CN101170836A CN 101170836 A CN101170836 A CN 101170836A CN A2007101344800 A CNA2007101344800 A CN A2007101344800A CN 200710134480 A CN200710134480 A CN 200710134480A CN 101170836 A CN101170836 A CN 101170836A
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徐维凡
李涛
夏海山
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Abstract

基于无线传感器网络的远程图像监控系统，涉及无线监控的技术领域，尤其涉及一种以ucos2为系统操作平台，采用无线传输的方式进行通信的技术领域。本发明包括网关设备、移动接受设备和若干个具有实时拍照和数据传输功能的节点终端设备，各节点终端设备之间通过无线链路进行通信，各节点终端设备与网关设备之间也通过无线链路进行通信，网关设备与移动接受设备之间通过GPRS网络协议进行通信；本发明采用以上结构可实现无线传输，网络可靠性高，操作性能好，使用简单，实时报警等目的。

Description

基于无线传感器网络的远程图像监控系统
技术领域
本发明是设涉及无线监控的技术领域，尤其涉及一种以ucos2为系统操作平台，采用无线传输的方式进行通信的技术领域。
背景技术
早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的不断发展和进步，传感器网络同时也具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制器的相连，组成了有信息综合和信息处理能力的第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，逐渐形成了无线传感器网络。无线传感器网络作为新一代的传感器网络，结合了传感器技术、无线通信技术和嵌入式技术，具有非常广泛的应用前景，不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域具有巨大的运用价值，未来还将在许多新兴领域体现其优越性，如家用、保健、交通等领域。比如微型传感器网最终可能将家用电器、个人电脑和其他日常用品同互联网相连，实现远距离跟踪，家庭采用无线传感器网络负责安全调控、节电等。无线传感器网络将是未来的一个无孔不入的十分庞大的网络，其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域。
ZigBee技术是一种应用于短距离范围内，低传输数据速率下的各种电子设备之间的无线通信技术。ZigBee名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈来通知发现的新食物源的位置、距离和方向等信息，以此作为新一代无线通讯技术的名称。ZigBee过去又称为“HomeRFLite”、“RF-EasyLink”或“FireFly”无线电技术，目前统一称为ZigBee技术。
作为一种新兴的无线传输标准，Zigbee主要有以下一些特征：
功耗低：在工作模式下，ZigBee技术传输速率低，传输数据量很小，因此信号的收发时间很短，由于工作时间较短、收发信息功耗较低且采用了休眠模式，使得ZigBee节点非常省电，ZigBee节点的电池工作时间可以长达6个月到2年左右。
数据传输可靠：ZigBee的媒体接入控制层(MAC层)采用talk-when-ready的碰撞避免机制。同时ZigBee针对时延敏感的应用做了优化，对通信时延和休眠状态激活的时延都非常短。
网络容量大：ZigBee低速率、低功耗和短距离传输的特点使它非常适宜支持简单器件。一个ZigBee的网络最多可包括255个ZigBee网路节点，其中一个是主控(Master)设备，其余则是从属(Slave)设备。若是通过网络协调器(Network Coordinator)，整个网络最多可以支持超过64000个ZigBee网路节点。
兼容性：ZigBee技术与现有的控制网络标准无缝集成。通过网络协调器(Coordinator)自动建立网络，采用载波侦听/冲突检测(CSMA-CA)方式进行信道接入。为了可靠传递，还提供全握手协议。
安全性：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，在数据传输中提供了三级安全性。第一级实际是无安全方式，对于某种应用，如果安全并不重要或者上层已经提供足够的安全保护，器件就可以选择这种方式来转移数据。对于第二级安全级别，器件可以使用接入控制清单(ACL)来防止非法器件获取数据，在这一级不采取加密措施。第三级安全级别在数据转移中采用属于高级加密标准(AES)的对称密码。
实现成本低：Zigbee协议免专利费用。
随着GPRS(General Packege Radio Service，通用无线分组业务)技术的推广，基于GPRS的WAP应用得到了越来越广的应用。MMS(MultimediaMessage，多媒体短信)就是一种基于GPRS技术的移动增值业务，在传统文本短信的基础上，基于MMSE协议可以在一条短信中嵌入图像、声音、视频等各种多媒体信息。利用MMS，可以随时随地将本地监控场景发送到远程客户移动设备上。
发明内容
技术问题：针对目前室内监控领域的产品主要以有线产品为主的现状，本发明的目的是提供一种基于无线传感器网络的无线监控设备，该设备在实现无线互联的基础上，可通过GPRS模块将图像利用现有GSM/GPRS网络发送到用户手机上，保留先场证据和提供实时报警。
技术方案：
基于无线传感器网络的远程图像监控设备包括终端设备和网管设备。整套监控系统的体系结构是，终端设备具有实时拍照和数据传输的功能，可安装于室内场所，例如学校，住宅和政府部门，终端设备之间通过无线链路进行通信，可自组织成无线传感器网络。网关设备通过无线信道与终端设备进行通信，实现网络组件和数据传输的功能，网关设备可与一台个人电脑相连，便于监控。网关设备自带GPRS数传模块，可以通过GPRS网络将图片传给用户手机。
本发明的终端设备包括以下几个子模块：
1)终端微控制器及其外围电路模块：用于数据处理和控制各硬件模块协调工作；
2)终端存储器模块：用于为微控制器提供数据存储器和指令存储器，包括一片NOR FLASH模块，一片NAND FLASH模块和一片SDRAM模块；
3)图像采集模块：用于采集图像，对监控区域拍照；包括一片专用数字图像处理芯片，一片CMOS图像传感器和一只镜头；
4)射频传输模块：用于与其他终端和网关设备进行通信；
5)终端电源管理模块：
6)终端复位电路和JTAG调试模块：复位电路包括一片看门狗复位电路，所述电路上设有E2PROM；JTAG调试模块用于系统的调试和程序的烧写；
7)红外检测模块：用于红外入侵检测，在报警状态时，当有可疑物体进入监控区域时则产生报警信号。
本发明的网关设备主要包括以下几个子模块：
(a)网关微控制器及其外围电路：用于数据处理和控制各硬件模块协调工作；
(b)网关存储器模块：用于微控制器提供数据存储器和指令存储器，包括一片SRAM模块和一片NOR FLASH模块；
(c)I/O通信模块：用于与其他设备进行通信，包括以太网通信模块、USB通信模块、射频通信模块、串口通信模块、GPRS通信模块；
(d)网关电源管理模块：分别提供3.3V和1.8V的电压进行供电；
(e)网关复位电路和JTAG调试模块：复位电路包括一片看门狗复位电路；JTAG调试电路用于系统的调试和程序的烧写。
本发明的终端微控制器及其外围电路模块通过地址数据控制总线与NORFLASH模块、NAND FLASH模块、SDRAM模块、图像采集模块上的专用数字图像处理芯片连接，专用数字图像处理芯片通过SCCB总线与CMOS图像传感器模块连接，终端微控制器和外围电路模块通过串行总线与射频传输模块相接，终端微控制器和外围电路模块通过I2C总线与复位电路连接，终端微控制器与外围电路模块通过通用I/O口与红外检测模块连接；在上述各模块上通过电源和地线连接终端电源管理模块。
本发明的网关微控制器和外围电路模块通过地址数据命令总线与SRAM存储模块和NOR FLASH存储模块连接，网关微控制器和外围电路模块通过UART口与GPRS通信模块连接，网关微控制器和外围电路模块通过数据总线和命令总线与USB通信模块和以太网图像模块连接，网关微控制器和外围电路模块通过SPI总线和串行总线与射频通信模块连接，网关微控制器和外围电路模块通过I2C总线与网关复位电路和JTAG调试模块连接，并通过JTAG口与PC连接。
本发明各节点终端设备在监控时采用下面的工作方式：
第一步：上电，即启动电源使各节点终端设备的子模块处于通路状态；
第二步：终端微控制器和外围电路模块从E2PROM中读取配置信息，用于配置系统工作模式；
第三步：判断终端微控制器和外围电路模块是否工作在报警模式下，判断为否则转入下一步，判断为是则跳转到第五步；
第四步：利用终端微控制器和外围电路模块来关闭红外检测模块，避免在正常工作的时间段发生误报警；
第五步：红外检测模块产生中断，即检测到非法入倾，实现报警；
第六步：利用镜头进行拍照；
第七步：启动射频传输模块将第六步拍照后的图像传输至网关；
第八步：判断终端微控制器和外围电路模块是否收到新的配置信息，判断为是进入下一步，判断为否跳转到第三步；
第九步：更新E2PROM中的配置信息，并跳转到第三步重复上述操作。
本发明的网关设备在监控时采用下面的工作方式：
第1步：上电，即启动电源使网关设备的子模块使其处于通路状态；
第2步：网关微控制器及其外围电路控制GPRS通信模块判断是否有未读的配置信息，判断为是则进入下一步，判断为否则跳转到第5步；
第3步：网关微控制器及其外围电路获取更改配置的设备ID和工作模式；
第4步：通过射频通信模块向相应设备发送配置命令，更改工作模式；
第5步：网关微控制器及其外围电路通过射频通信模块判断是否有图像需要发送，判断为是则进入下一步，判断为否则跳转到第10步；
第6步：网关微控制器及其外围电路判断USB通信模块是否连接有PC，判断为有连接则进入下一步，判断为没有连接则跳转到第9步；
第7步：利用USB通信模块发送第六步的图像数据至PC；
第8步：利用射频通信模块来判断图像数据是否有警情，判断为是则进入下一步，判断为否则返回第2步，重新完成上述步骤；
第9步：通过GPRS通信模块发送图像给移动接受设备；
第10步：网关微控制器及其外围电路控制GPRS通信模块判断是否收到移动接受设备的查询短信，判断为是则利用网关微控制器及其外围电路通过射频通信模块向指定设备发送拍照指令，判断为否则返回第2步重新进行上述步骤。
本发明提出了一种监控报警系统体系，各监控节点布于建筑物的各个房间，采用Zigbee传输标准相互之间进行通信，所有节点自动张成一张监控网络，并与网关进行通信，当有警情发生时，触发红外检测模块，产生报警信号，终端设备对监控区域进行拍照，拍照之后的图像数据通过射频传输模块发送到网关设备，网关通过GPRS模块将图片发送到用户手机以便查看。用户与设备的人机接口主要是短信接口与PC接口，短信接口即利用SMS对设备进行简单配置，查看监控场景等；人机接口可通过PC机对设备进行配置，查看监控历史记录等。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下特点：
1、无线传输，监控终端与主机采用无线传输，取代了原有的电缆，方便安装，有利于室内美观。
2、实时报警，可通过GPRS模块实时将监控区域情景发送到用户手机，做到实时报警。
3、网络可靠性高，可扩展性好，Zigbee网络使用按需路由算法(AODV)，在加入新节点时可自动更新网络路由，无需对原有节点的软件进行修改，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络。
4、操作性能好，使用简单，用户在外地时可完全通过手机短信对设备进行远程操作，亦可通过互联网对设备进行设置，人机接口丰富。
5、高可靠性低成本的设计，使用基于嵌入式处理器的硬件平台和基于Zigbee标准的无线传输模块，大大降低了硬件成本。
附图说明
图1是本发明的监控系统体系图；
图2是本发明的节点终端设备系统框图；
图3是本发明的网管设备的系统框图；
图4I是本发明的节点终端设备的电源管理模块在3.3v状态下的原理图；
图4II是本发明的节点终端设备的电源管理模块在2.5v状态下的原理图；
图4III是本发明的节点终端设备的电源管理模块在1.8v状态下的原理图；
图4IIII是本发明的节点终端设备的电源管理模块在2.8v状态下的原理图；
图5是本发明节点终端设备的MCU模块及其外围电路原理图；
图6是本发明的节点终端设备的存储器模块原理图；
图7是本发明的节点终端设备的红外检测模块原理图；
图8是本发明的网关设备的存储器模块原理图；
图9是本发明的网关设备的USB通信模块原理图；
图10是本发明的网关设备的以太网通信模块原理图；
图11是本发明的网关设备的GPRS通信模块原理图；
图12是本发明的网关设备的MCU及其外围电路原理图；
图13是本发明的节点终端设备的工作流程图；
图14是本发明的网关设备的工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图，详细描述本发明的一种实施例，对本发明作进一步的说明。
如图1、图2、图3所示，本发明包括网关设备2、移动接受设备和若干个具有实时拍照和数据传输功能的节点终端设备1，各节点终端设备1之间通过无线链路进行通信，各节点终端设备1与网关设备2之间也通过无线链路进行通信，网关设备2与移动接受设备之间通过GPRS网络协议进行通信；上述节点终端设备1包括以下子模块：
1)终端微控制器及其外围电路模块1.1：用于数据处理和控制各硬件模块协调工作；
2)终端存储器模块1.2：用于为微控制器提供数据存储器和指令存储器，包括一片NOR FLASH模块1.2.1，一片NAND FLASH模块1.2.2和一片SDRAM模块1.2.3；
3)图像采集模块1.3：用于采集图像，对监控区域拍照；包括一片专用数字图像处理芯片1.3.1，一片CMOS图像传感器1.3.2和一只镜头1.3.3；
4)射频传输模块1.4：用于与其他终端和网关设备进行通信；
5)终端电源管理模块1.5：对各个模块进行供电；
6)终端复位电路和JTAG调试模块1.6：复位电路包括一片看门狗复位电路，JTAG调试模块用于系统的调试和程序的烧写；
7)红外检测模块1.7：用于红外入侵检测，在报警状态时，当有可疑物体进入监控区域时则产生报警信号；
上述网关设备2包括以下子模块：
(a)网关微控制器及其外围电路2.1：用于数据处理和控制各硬件模块协调工作；
(b)网关存储器模块2.2：用于微控制器提供数据存储器和指令存储器，包括一片SRAM模块2.2.1和一片NOR FLASH模块2.2.2；
(c)I/O通信模块2.3：用于与其他设备进行通信，包括以太网通信模块2.3.3、USB通信模块2.3.4、射频通信模块2.3.2、串口通信模块2.3.5、GPRS通信模块2.3.1；
(d)网关电源管理模块2.5：分别提供3.3V和1.8V的电压进行供电；
(e)网关复位电路和JTAG调试模块2.4：复位电路包括一片看门狗复位电路，所述电路上设有E2PROM；JTAG调试电路用于系统的调试和程序的烧写。
本发明的终端微控制器及其外围电路模块1.1通过地址数据控制总线1.8与NOR FLASH模块1.2.1、NAND FLASH模块1.2.2、SDRAM模块1.2.3、图像采集模块1.3上的专用数字图像处理芯片1.3.1连接，专用数字图像处理芯片1.3.1通过SCCB总线与CMOS图像传感器模块连接，终端微控制器和外围电路模块1.1通过串行总线与射频传输模块1.4相接，终端微控制器和外围电路模块1.1通过I2C总线与复位电路连接，终端微控制器与外围电路模块1.1通过通用I/O口与红外检测模块1.7连接；在上述各模块上通过电源和地线连接终端电源管理模块1.5。
本发明的网关微控制器和外围电路模块2.1通过地址数据命令总线2.6与SRAM存储模块2.2.1和NOR FLASH存储模块2.2.2连接，网关微控制器和外围电路模块2.1通过UART口与GPRS通信模块2.3.1连接，网关微控制器和外围电路模块2.1通过数据总线和命令总线与USB通信模块2.3.4和以太网图像模块2.3.3连接，网关微控制器和外围电路模块2.1通过SPI总线和串行总线与射频通信模块2.3.2连接，网关微控制器和外围电路模块2.1通过I2C总线与网关复位电路和JTAG调试模块2.4连接，并通过JTAG口与PC连接。
如图5所示，节点终端设备微控制器及其外围电路模块1.1主要是Sumsumng公司的16/32位RISC处理器S3C44BOX及其外围电路组成。S3C44BOX采用了ARMTDMI内核，0.25μm工艺的CMOS标准宏单元和存储编译器。其2.5VARM7TDMI内核带有8KB高速缓冲存储器；自带外部存储器控制器，具备FP/EDO/SDRAM控制器和片选逻辑；1通道多主I2C总线控制，1通道I2S总线控制器，5个PWM定时器和1通道内部定时器，具有71个I/O口和8通道外部中断源，具有8通道10位ADC，带有日历功能的RTC和具有PLL的片上时钟发生器。
S3C44BOX是整个系统的控制模块，用于数据处理和使其余各模块协调工作。主要通过地址总线、数据总线和命令总线与存储器模块和数字图像处理模块相接，通过电源线和地线与电源管理模块相接，通过命令总线与其他模块相接。
如图6，存储器模块1.2包括NOR FLASH模块1.2.1，NAND FLASH模块1.2.2和SDRAM模块1.2.3。其中NOR FLASH模块使用Silicon Storage Technolog公司的FLASH模块SST39VF3201。SST39VF3201为CMOS多功能FLASH(MPF)器件，存储容量为2MB，16位数据宽度，读写操作采用3.3V单电源供电，读写操作时间最小为70ns。SST39VF3201采用SRAM接口，地址线与数据线分开，其存储器操作由命令来启动。命令通过标准微处理器写时序写入器件。在WE#拉低、CE#保持低电平来写入命令。数据总线上的地址在WE#或CE#的下降沿被锁存。
NAND FLASH模块1.2.2使用Sumsumg公司的FLASH模组K9F5608UOB，其存储空间为16MB×8Bit，工作电压为2.7到3.6V。528字节的页编程时间为200μs，16KB的块擦除操作时间为2ms。页面的数据一每个字50ns的速度被读出。片内写控制自动实现所以编程和擦除功能，包括脉冲的周期、内部校验和数据冗余。K9F5608UOB的地址通过8位端口传送，由CLE和ALE信号线实现I/O线上指令和地址的复用。指令、地址和数据都通过拉低WE和CE从I/O口写入器件中。
SDRAM模块1.2.3采用Sumsumg公司的K4S641632 CMOS SDRAM模组，其存储空间为1M×16BIT，共有4个分区。S3C44BOX带有外部SDRAM接口，只需将相应的管脚相接即可。即DQ0~DQ15与D0~D15相接，微控制器及其外围电路模块1.1与存储器模块1.2共同组成一套嵌入式的最小系统，存储器模块1.2为微控制器提供数据存储器和指令存储器，两者通过数据总线、地址总线和命令总线相接。
图像采集模块1.3包括图像处理模块1.3.1、CMOS图像传感器1.3.2和镜头1.3.3。图像处理模块1.3.1采用Vimicro公司的图像处理模块VC0568，可处理130万像素的图像或视频。VC0568具有自动曝光，自动增益控制，自动变焦等功能，可输出4∶4∶2，4∶1∶1比例的静态JPEG图像。支持从最小160×120到1280×960分辨率的各种图像解析度。
图像处理模块1.3.1的外部接口类似于SRAM，具有地址总线和数据总线，通过地址总线、数据总线和控制总线与微处理器和外围电路模块1.1相接，供其读取数据。即数据线A0~A9与S3C44 BOX的A0~A9相接，地址线D0~D7与S3C44BOX的D0~D7相接。其片选信号CS1N和CS2N分别与S3C44BOX的nGCS2和nGCS4相接。
CMOS传感器1.3.2采用Ominvision公司的彩色数字图像传感器OV7648。OV7648的图像传感器阵列可输出最大分辨率为640×480像素的彩色图像，同时支持RGB和YUV格式的图像类型，可输出最高帧速为30帧每秒的动态图像。OV7648具有包括自动增益控制、自动白平衡和自动曝光控制在能的自动图像控制功能，其高敏感度适合在低光照条件的室内和夜间进行工作。OV7648使用SCCB总线与图像处理模块VC0568进行命令传输和寄存器配置，该总线类似与通用的I2C总线，其图像数据通过并行数据线输入VC0568。
数字图像处理模块1.3.1有CMOS传感器专用数据总线，通过改总线与CMOS传感器模块1.3.2相接，此外CS_VSYNC和CS_HSYNC分别为其提供水平同步信号和垂直同步信号，CS_SDA和CS_SCK是SCCB总线的数据和时钟接口，CS_RSTN是其复位信号，CS_ENB是使能信号，CS_CLK为其提供工作时钟。
镜头1.3.3采用1/4英寸镜头，镜头的中心要与CMOS传感器1.3.2的传感器阵列中心相吻合。
射频传输模块1.4：射频传输模块使每个终端可以和其他设备进行通信包括网络维护和数据传输。射频传输芯片选用Chipcon公司推出的支持Zigbee标准的CC2430芯片，该芯片可使数据以最高250kbps的速率传输。射频传输模块通过串口与微控制器模块1.1相连，当44BOX从VC0568中读取出图像数据之后，将其拆成大小为CC2430可以使用的数据包，首先从串口发送目标设备的地址，包括一个个域网ID和一个IP地址，然后再将图像数据依次发送到模块，则模块会将数据发送到指定设备。
如图4，节点终端设备的电源管理模块1.5使用的是Sipex公司的低压差稳压芯片1117和Champion公司的cm2838，输入电压为+6V到+20V，分别输出3.3V，2.8V，2.5V和1.8V的电压给各个模块。其中图4I中的3.3V和图4III中的1.8V为CPU管脚和内核供电，图4II中的2.5V为OV7648供电，图4IIII中的2.8V为VC0568供电。
复位与JTAG调试模块，为保证系统能一直正常运行，防止程序进入死循环，使用具有自动复位功能的CPU监控芯片CAT1161，该芯片能检测CPU工作状态，在CPU程序停止时能自动发出复位信号使其重新启动。
CAT1161内带1KB的E2PROM，CPU的I2C总线与之相连，即SCL和SDA与之相连，其中SCL既是喂狗脚，又是时钟信号，SDA是数据管脚，用于将系统配置信息保存其中。微控制器模块在上电之后，首先从其中的E2PROM中读取相关信息。
JTAG调试接口基于IEEE 1149.1标准，用于软件调试和烧写程序。
如图7，红外检测模块1.7采用BISS0001被动红外检测信号处理芯片，红外探测传感器采用RE200B，其检测距离为5到8米，报警最小移动距离为0.3米。通过一组中断信号与微控制器模块1.1相接。
如图12所示，网关设备微控制器模块2.1采用Philips ARM7处理器LPC2220。LPC2220内带16KB静态RAM，通过外部存储器接口可将存储器配置成4组，最高可寻址4GB的存储空间。其内部包括一个支持仿真的ARM7TDMI-SCPU、片内存储器控制器接口的ARM7局部总线、与中断控制器接口的AMBA高性能总线和连接片内外设功能的VLSI外设总线。AHB外设分配了2MB的地址范围，它位于4GB ARM存储空间的最顶端。每个AHB外设都分配了16KB的地址空间。之所以选择LPC2220的原因是因为与S3C44BOX不同的地方在于LPC2220具有SPI总线，作为Zigbee的网络协调者网关设备要求可以实时对附带的射频传输模块2.3.2进行配置和寄存器读写，而这些是作为Zigbee节点设备的终端设备所不要求的。
如图8，网关存储模块2.2包括NOR FLASH模块2.2.1和SRAM模块2.2.2，其中NOR FLASH模块使用Silicon Storage Technology公司的FLASH模块SST39VF3201。SST39VF3201为CMOS多功能FLASH(MPF)器件，存储容量为2MB，16位数据宽度，读写操作采用3.3V单电源供电，读写操作时间最小为70ns。SST39VF3201采用SRAM接口，地址线与数据线分开。其存储器操作由命令来启动。命令通过标准微处理器写时序写入器件。在WE#拉低、CE#保持低电平来写入命令。数据总线上的地址在WE#或CE#的下降沿被锁存。
SRAM模块2.2.2使用ISSI公司的高速SRAM器件IS61LV25616AL，采用CMOS技术，存储容量为512KB，具有16位数据宽度，使用3.3V供电。LPC2220在外部存储器接口BANK0上使用IS61LV25616AL，所以将LPC2220的CS0与其片选引脚连接。存储器连接使用了16位总线方式，数据总线使用登录D0到D15，地址总线使用了A1到A18，为了能够对IS61LV25616AL的字单元进行单独的字节操作，要把LPC2220的nBLS1、nBLS0的控制信号分别连接到IS61LV25616AL的UB、LB引脚。
I/O通信模块包括：GPRS通信模块2.3.1，射频收发模块2.3.2，以太网通信模块2.3.3，USB通信模块2.3.4以及串口通信模块2.3.5。
如图11，GPRS通信模块2.3.1使用SIMCOM公司的三频GPRS模块SIM300C，可自主工作在900MHz、1800MHz和1900MHz的频段上。SIM300C提供多时隙GPRS第10类标准的容量和GPRS编码机制CS-1、CS-2、CS-3和CS-4。SIM300C使用标准的UART总线与LPC2220相连，即RXD，TXD，CTS，RTS，DTC，DTR和RING与LPC2220的UART1相接，由于其UART1另有其他IO口的功能，故还用来一片LVC245三态门电路作为隔离，以防SIM300C的数据影响到微控制器的正常工作。SIM300C模块自带SIM卡接口电路，将相应的信号分别与SIM卡座相接即可。由于SIM300C模块要求4.2V和2A电流供电，为此专门使用一片开关电源LM2596作为其电源。为方便对SIM300C进行复位，从LPC2220的IO脚引出一路信号用于控制LM2596，在需要的时候可实现开关的作用。并且用一只光耦PIC181将CPU管脚与该引脚相隔离。
射频收发模块2.3.2，射频传输芯片选用Chipcon公司推出的支持Zigbee标准的CC2430芯片，该芯片可使数据以最高250kbps的速率传输。射频传输模块通过一组串口与微控制器模块1.1相连。网关的CC2430工作在Zigbee的网络协调者状态，用于组织整个网络，协调各节点的数据传输。射频传输模块除通过串口与微控制器模块相连之外，还通过SPI总线与之相连，通过SPI总线，微控制器模块可对其寄存器进行配置。
如图9，网关设备USB通信模块2.3.4主要用于网关与PC之间的数据通信，使用PDIUSBD12芯片，PDIUSBD12具有8为的数据总线接口DATA0~DATA7，片选信号CS_N以及读选通引脚RD_N和写选通引脚WR_N，使用时将其当作一片外部RAM芯片来进行访问，将其与LPC2220的数据总线D0~D7直接相连就可以构成访问PDIUSBD12的数据总线了。而访问PDIUSBD12的地址总线由片选信号和地址信号构成。
如图10，网关设备以太网通信模块2.3.3使用DM9000芯片作为以太网通信芯片。DM9000E具有通用的数据总线接口，10M/100M以太网自适应功能，内置4K双字节静态RAM，完全支持IEEE802.3规格。其CMD管脚与LPC2220的A2相接作为片选信号，SD0~SD15与LPC2220的D0~D15相接作为数据总线，则LPC2220将其作为一片与SRAM相类似的外设进行访问。
串口通信模块2.3.5，使用MAXIM公司的MAX3232作为串口通信模块的电平转换芯片。微控制器模块的UART0与之相连。
复位与JTAG调试模块，为保证系统能一直正常运行，防止程序进入死循环，使用具有自动复位功能的CPU监控芯片CAT1161，该芯片能检测CPU工作状态，在CPU程序停止时能自动发出复位信号使其重新启动。
CAT1161内带1KB的E2PROM，CPU的I2C总线与之相连，将系统配置信息保存其中，在上电时首先从中读取相关信息。
JTAG调试接口基于IEEE1149.1标准，用于软件调试和烧写程序。
电源管理模块使用SIPEX公司的1117低压差电平转换芯片，分别提供3.3V和1.8V的直流电平为系统各模块供电。
如图13、图14所述，节点终端设备1和终端设备2在实际工作时需要经过以下过程：上电以后，首先初始化IO端口，包括定义IO方向，定义各IO端口电平，然后对VC0568进行复位，复位结束以后对VC0568进行初始化，初始化VC0568各寄存器，检测SENSOR是否工作正常，按照配置信息对VC0568的拍照模式，即分辨率进行设置，然后设置VC0568的工作模式(设置为BYPASS模式)。初始化结束后就可以正常工作，此时首先检测是否有拍照模式，如果有，则进行拍照并发送到指定设备，如果没有，则等待直到有警情发生，此时再进行拍照，并将数据传输到指定设备。
所述彩信发送模块的流程为：彩信的发送是与彩信网关建立连接，将数据寄送的过程。图像采集模块将一副图片数据传递过来以后，由WAP协议栈所示，需要依次建立PPP连接、IP连接、UDP连接、WTP连接和WSP连接，由于GPRS模块自带TCP/IP协议栈，所以可以通过AT命令轻松建立PPP连接、IP连接和UDP连接。
在UDP连接建立之后，此后通过AT+CIPSEND命令将数据从串口传给模块时，模块将视为上层的协议PDU。从而开始WTP会话。首先要进行的是能力协商，主要是对每一帧的数据字节数进行协商，协商需要在WSP连接报文中进行，在协商完成之后，服务器会发送回复报文，此时程序需要比较回复报文中的TID字段是否与连接报文的TID字段相同以确保是服务器对同一事务的处理结果。然后设备向服务器发送一个确认报文，表示链路已经建立。
由于服务器能接收的最大协议数据单元有限(1000个字节)，需要将图片数据拆成若干个包。包的数目＝图片字节的数目/(服务器允许每个包的最大长度-协议开销)，因此，发送一副图片往往需要填充在几个包甚至十几个包中。
封装结束后就可以开始发送，采用发送一个包等待一个确认帧(即大小为1的滑动窗口)的模式，如果未收到确认帧则重传该帧。在三次重传仍然没有受到确认帧则丢弃该帧在结束之后重发，在发送完最后一帧之后，如果发送成功，服务器会在将彩信发出的同时将信息报告返回给设备。如果发送失败，服务器将发送WTP中止报文，提示丢失的帧的序号，此时需要将丢失的帧再次发送给服务器。

Claims (4)

1.基于无线传感器网络的远程图像监控系统，其特征在于：包括网关设备(2)、移动接受设备和若干个具有实时拍照和数据传输功能的节点终端设备(1)，各节点终端设备(1)之间通过无线链路进行通信，各节点终端设备(1)与网关设备(2)之间也通过无线链路进行通信，网关设备(2)与移动接受设备之间通过GPRS网络协议进行通信；上述节点终端设备(1)包括以下子模块：
1)终端微控制器及其外围电路模块(1.1)：用于数据处理和控制各硬件模块协调工作；
2)终端存储器模块(1.2)：用于为微控制器提供数据存储器和指令存储器，包括一片NOR FLASH模块(1.2.1)，一片NAND FLASH模块(1.2.2)和一片SDRAM模块(1.2.3)；
3)图像采集模块(1.3)：用于采集图像，对监控区域拍照；包括一片专用数字图像处理芯片(1.3.1)，一片CMOS图像传感器(1.3.2)和一只镜头(1.3.3)；
4)射频传输模块(1.4)：用于与其他终端和网关设备进行通信；
5)终端电源管理模块(1.5)：对各个模块进行供电；
6)终端复位电路和JTAG调试模块(1.6)：复位电路包括一片看门狗复位电路，所述电路上设有E2PROM；JTAG调试模块用于系统的调试和程序的烧写；
7)红外检测模块(1.7)：用于红外入侵检测，在报警状态时，当有可疑物体进入监控区域时则产生报警信号；
上述网关设备(2)包括以下子模块：
(a)网关微控制器及其外围电路(2.1)：用于数据处理和控制各硬件模块协调工作；
(b)网关存储器模块(2.2)：用于微控制器提供数据存储器和指令存储器，包括一片SRAM模块(2.2.1)和一片NOR FLASH模块(2.2.2)；
(c)I/O通信模块(2.3)：用于与其他设备进行通信，包括以太网通信模块(2.3.3)、USB通信模块(2.3.4)、射频通信模块(2.3.2)、串口通信模块(2.3.5)、GPRS通信模块(2.3.1)；
(d)网关电源管理模块(2.5)：分别提供3.3V和1.8V的电压进行供电；
(e)网关复位电路和JTAG调试模块(2.4)：复位电路包括一片看门狗复位电路，所述电路上设有E2PROM；JTAG调试电路用于系统的调试和程序的烧写。
2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的远程图像监控系统，其特征在于：上述终端微控制器及其外围电路模块(1.1)通过地址数据控制总线(1.8)与NOR FLASH模块(1.2.1)、NAND FLASH模块(1.2.2)、SDRAM模块(1.2.3)、图像采集模块(1.3)上的专用数字图像处理芯片(1.3.1)连接，专用数字图像处理芯片(1.3.1)通过SCCB总线与CMOS图像传感器模块连接，终端微控制器和外围电路模块(1.1)通过串行总线与射频传输模块(1.4)相接，终端微控制器和外围电路模块(1.1)通过I2C总线与复位电路连接，终端微控制器与外围电路模块(1.1)通过通用I/O口与红外检测模块(1.7)连接；在上述各模块上通过电源和地线连接终端电源管理模块(1.5)。
3.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的远程图像监控系统，其特征在于：网关微控制器和外围电路模块(2.1)通过地址数据命令总线(2.6)与SRAM存储模块(2.2.1)和NOR FLASH存储模块(2.2.2)连接，网关微控制器和外围电路模块(2.1)通过UART口与GPRS通信模块(2.3.1)连接，网关微控制器和外围电路模块(2.1)通过数据总线和命令总线与USB通信模块(2.3.4)和以太网图像模块(2.3.3)连接，网关微控制器和外围电路模块(2.1)通过SPI总线和串行总线与射频通信模块(2.3.2)连接，网关微控制器和外围电路模块(2.1)通过I2C总线与网关复位电路和JTAG调试模块(2.4)连接，并通过JTAG口与PC连接。
4.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的远程图像监控系统，其特征在于：上述各节点终端设备(1)在监控时采用下面的工作方式：
第一步：上电，即启动电源使各节点终端设备(1)的子模块处于通路状态；
第二步：终端微控制器和外围电路模块(1.1)从E2PROM中读取配置信息，用于配置系统工作模式；
第三步：判断终端微控制器和外围电路模块(1.1)是否工作在报警模式下，判断为否则转入下一步，判断为是则跳转到第五步；
第四步：利用终端微控制器和外围电路模块(12.1)来关闭红外检测模块(1.7)，避免在正常工作的时间段发生误报警；
第五步：红外检测模块(1.7)产生中断，即检测到非法入倾，实现报警；
第六步：利用镜头(1.3.3)进行拍照；
第七步：启动射频传输模块(1.4)将第六步拍照后的图像传输至网关；
第八步：判断终端微控制器和外围电路模块(2.1)是否收到新的配置信息，判断为是进入下一步，判断为否跳转到第三步；
第九步：更新E2PROM中的配置信息，并跳转到第三步重复上述操作。
上述网关设备(2)在监控时采用下面的工作方式：
第1步：上电，即启动电源使网关设备(2)的子模块使其处于通路状态；
第2步：网关微控制器及其外围电路(2.1)控制GPRS通信模块(2.3.1)判断是否有未读的配置信息，判断为是则进入下一步，判断为否则跳转到第5步；
第3步：网关微控制器及其外围电路(2.1)获取更改配置的设备ID和工作模式；
第4步：通过射频通信模块(2.3.2)向相应设备发送配置命令，更改工作模式；
第5步：网关微控制器及其外围电路(2.1)通过射频通信模块判断是否有图像需要发送，判断为是则进入下一步，判断为否则跳转到第10步；
第6步：网关微控制器及其外围电路(2.1)判断USB通信模块(2.3.4)是否连接有PC，判断为有连接则进入下一步，判断为没有连接则跳转到第9步；
第7步：利用USB通信模块(2.3.4)发送第六步的图像数据至PC；
第8步：利用射频通信模块(2.3.2)来判断图像数据是否有警情，判断为是则进入下一步，判断为否则返回第2步，重新完成上述步骤；
第9步：通过GPRS通信模块(2.3.1)发送图像给移动接受设备；
第10步：网关微控制器及其外围电路(2.1)控制GPRS通信模块(2.3.1)判断是否收到移动接受设备的查询短信，判断为是则利用网关微控制器及其外围电路(2.1)通过射频通信模块(2.3.2)向指定设备发送拍照指令，判断为否则返回第2步重新进行上述步骤。
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