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

基于无线传感器网络的远程图像监控系统 Download PDF

Info

Publication number
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
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
gateway
microcontroller
peripheral circuit
judged
Prior art date
Application number
CNA2007101344800A
Other languages
English (en)
Inventor
裴文江
徐维凡
李涛
夏海山
沈澍
Original Assignee
东南大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 东南大学 filed Critical 东南大学
Priority to CNA2007101344800A priority Critical patent/CN101170836A/zh
Publication of CN101170836A publication Critical patent/CN101170836A/zh

Links

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"HomeRF Lite" 、 "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査和鉴权功能,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。固S(Multimedia Message,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,基于匪SE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。利用醒S,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E2PR0M; 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) 1/0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NOR FLASH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E2PR0M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E2PR0M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l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 动接受设备的査询短信,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,査 看监控场景等;人机接口可通过PC机对设备进行配置,査看监控历史记录等。 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41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411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IO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l、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l.h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) 1/0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E2PR0M; 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、薩D 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S3C44B0X及其外围电路组成。S3C44B0X 采用了 ARMTDMI内核,0.25 urn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°
S3C44B0X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,画D 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WEtt拉低、CE# 保持低电平来写入命令。数据总线上的地址在WEft或CEft的下降沿被锁存。
NAND FLASH模块1. 2. 2使用Sumsumg公司的FLASH模组K9F5608U0B,其存 储空间为16MBX8Bit,工作电压为2. 7到3. 6V。 528字节的页编程时间为200 U s, 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。K9F5608U0B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1/0 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1MX16BIT,共有4个分区。S3C44B0X带有外部SDRAM接口,只需将 相应的管脚相接即可。即DQ0〜DQ15与D(TD15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160X 120到1280X960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l.l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 S3C44B0X的D0〜D7相接。其片选信号CS1N和CS2N分别与S3C44B0X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640X480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。 0V7648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。0V7648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44B0X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41中的3. 3V和图4III 中的1.8V为CPU管脚和内核供电,图411中的2.5V为0V7648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E2PR0M, 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E2PR0M中读取相关
f曰息。
JTAG调试接口基于IEEE 1149. l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l.l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-S CPU、 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4GBARM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S3C44B0X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WEtt拉低、CE射呆持低电平来写 入命令。数据总线上的地址在WEft或CEtf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CM0S 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 B認K0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 Al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nBLSl、 nBLSO的控制信号分别连接到IS61LV25616AL 的UB、 LB引脚。
1/0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、1800固z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10 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10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一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UARTO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E2PR0M, 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IEEE 1149. l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10端口,包括定义10方向,定义各10 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(iooo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 度一协议开销),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(l.l)通过地址数据控制总线 (1. 8)与NOR FLASH模块(l. 2. 1)、NAND FLASH模块(l. 2. 2)、SDRAM模块(l. 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(l. 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(l.l)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(l.l)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(l.l)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(l. 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N0RFLASH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(l)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(l. 1)从E2PR0M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(l. 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E乍ROM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l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。
CNA2007101344800A 2007-10-30 2007-10-30 基于无线传感器网络的远程图像监控系统 CN101170836A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2007101344800A CN101170836A (zh) 2007-10-30 2007-10-30 基于无线传感器网络的远程图像监控系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2007101344800A CN101170836A (zh) 2007-10-30 2007-10-30 基于无线传感器网络的远程图像监控系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101170836A true CN101170836A (zh) 2008-04-30

Family

ID=39391252

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2007101344800A CN101170836A (zh) 2007-10-30 2007-10-30 基于无线传感器网络的远程图像监控系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101170836A (zh)

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102104990A (zh) * 2010-12-27 2011-06-22 电子科技大学 长寿命高精度无线传感器网络节点结构
CN102104989A (zh) * 2010-12-24 2011-06-22 南京财经大学 用于电网实时数据监测的无线传感器网络系统
CN102185918A (zh) * 2011-04-29 2011-09-14 南京航空航天大学 用于远程串口控制的无线节点
CN102209340A (zh) * 2010-03-30 2011-10-05 株式会社日立工业设备技术 无线传感器网络系统
CN102404875A (zh) * 2011-11-01 2012-04-04 北京航空航天大学 一种分布式智能无线图像传感器网络节点设备
CN102448194A (zh) * 2011-11-15 2012-05-09 邓超 一种基于Zigbee的多媒体智能家居网络
WO2012072035A1 (zh) * 2010-12-02 2012-06-07 中国移动通信集团上海有限公司 告警信息传输方法、无线传感器节点设备、网关节点设备
CN102573137A (zh) * 2012-03-08 2012-07-11 杭州百翔科技有限公司 无线传感器网络网关电路
CN102646065A (zh) * 2012-02-29 2012-08-22 京信通信系统(中国)有限公司 具有保护功能的设备上电检测方法及装置
CN101674469B (zh) * 2009-10-12 2012-12-26 长春理工大学 基于Zigbee网络的入侵报警、图像记录及传输系统
CN102984820A (zh) * 2012-11-29 2013-03-20 华南农业大学 分辨率可调的农业现场图像无线传感器节点及控制方法
CN103139935A (zh) * 2011-11-28 2013-06-05 上海泰传信息科技有限公司 一种大范围无线传感远程物联系统及其数据传输方法
CN103412536A (zh) * 2013-08-02 2013-11-27 中科天工电气控股有限公司 基于ZigBee-GPRS技术的箱式变电站远程监控系统
CN103763514A (zh) * 2013-12-19 2014-04-30 上海奂迅通信安装工程有限公司 智能矿井监控系统
CN103945179A (zh) * 2014-03-20 2014-07-23 吉林大学 一种基于分布式无线传感器网络的智能视频监控系统
CN104243466A (zh) * 2014-09-10 2014-12-24 宁波织网信息技术有限公司 一种基于PKI的Zigbee无线传感器网络安全方法
CN104717729A (zh) * 2015-02-12 2015-06-17 四川银海天怡信息技术有限公司 一种高精度无线传感器节点及无线传感器网络节点系统
CN104717728A (zh) * 2015-02-12 2015-06-17 四川银海天怡信息技术有限公司 一种无线传感器节点及无线传感器网络节点系统
CN104782117A (zh) * 2012-11-20 2015-07-15 索尼公司 图像拾取元件、成像装置及成像方法
CN105425650A (zh) * 2014-09-17 2016-03-23 哈尔滨恒誉名翔科技有限公司 基于以太网的泵舱环境检测装置
CN105577439A (zh) * 2015-12-24 2016-05-11 江苏飞尚安全监测咨询有限公司 一种基于传感设备为基础的仿真模拟方法
CN106774567A (zh) * 2017-03-13 2017-05-31 臻讯半导体科技(上海)有限公司 一种通信系统
CN108848059A (zh) * 2018-05-08 2018-11-20 武汉康慧然信息技术咨询有限公司 桥梁监测方法

Cited By (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101674469B (zh) * 2009-10-12 2012-12-26 长春理工大学 基于Zigbee网络的入侵报警、图像记录及传输系统
CN102209340A (zh) * 2010-03-30 2011-10-05 株式会社日立工业设备技术 无线传感器网络系统
WO2012072035A1 (zh) * 2010-12-02 2012-06-07 中国移动通信集团上海有限公司 告警信息传输方法、无线传感器节点设备、网关节点设备
CN102104989A (zh) * 2010-12-24 2011-06-22 南京财经大学 用于电网实时数据监测的无线传感器网络系统
CN102104990A (zh) * 2010-12-27 2011-06-22 电子科技大学 长寿命高精度无线传感器网络节点结构
CN102185918A (zh) * 2011-04-29 2011-09-14 南京航空航天大学 用于远程串口控制的无线节点
CN102404875A (zh) * 2011-11-01 2012-04-04 北京航空航天大学 一种分布式智能无线图像传感器网络节点设备
CN102404875B (zh) * 2011-11-01 2014-08-27 北京航空航天大学 一种分布式智能无线图像传感器网络节点设备
CN102448194A (zh) * 2011-11-15 2012-05-09 邓超 一种基于Zigbee的多媒体智能家居网络
CN103139935A (zh) * 2011-11-28 2013-06-05 上海泰传信息科技有限公司 一种大范围无线传感远程物联系统及其数据传输方法
CN102646065B (zh) * 2012-02-29 2014-08-20 京信通信系统(中国)有限公司 具有保护功能的设备上电检测方法及装置
CN102646065A (zh) * 2012-02-29 2012-08-22 京信通信系统(中国)有限公司 具有保护功能的设备上电检测方法及装置
CN102573137B (zh) * 2012-03-08 2014-09-24 杭州百翔科技有限公司 无线传感器网络网关电路
CN102573137A (zh) * 2012-03-08 2012-07-11 杭州百翔科技有限公司 无线传感器网络网关电路
CN104782117A (zh) * 2012-11-20 2015-07-15 索尼公司 图像拾取元件、成像装置及成像方法
CN104782117B (zh) * 2012-11-20 2018-11-27 索尼公司 图像拾取元件、成像装置及成像方法
CN102984820A (zh) * 2012-11-29 2013-03-20 华南农业大学 分辨率可调的农业现场图像无线传感器节点及控制方法
CN102984820B (zh) * 2012-11-29 2016-02-24 华南农业大学 分辨率可调的农业现场图像无线传感器节点及控制方法
CN103412536A (zh) * 2013-08-02 2013-11-27 中科天工电气控股有限公司 基于ZigBee-GPRS技术的箱式变电站远程监控系统
CN103763514A (zh) * 2013-12-19 2014-04-30 上海奂迅通信安装工程有限公司 智能矿井监控系统
CN103945179A (zh) * 2014-03-20 2014-07-23 吉林大学 一种基于分布式无线传感器网络的智能视频监控系统
CN104243466A (zh) * 2014-09-10 2014-12-24 宁波织网信息技术有限公司 一种基于PKI的Zigbee无线传感器网络安全方法
CN105425650A (zh) * 2014-09-17 2016-03-23 哈尔滨恒誉名翔科技有限公司 基于以太网的泵舱环境检测装置
CN104717728A (zh) * 2015-02-12 2015-06-17 四川银海天怡信息技术有限公司 一种无线传感器节点及无线传感器网络节点系统
CN104717729A (zh) * 2015-02-12 2015-06-17 四川银海天怡信息技术有限公司 一种高精度无线传感器节点及无线传感器网络节点系统
CN105577439A (zh) * 2015-12-24 2016-05-11 江苏飞尚安全监测咨询有限公司 一种基于传感设备为基础的仿真模拟方法
CN105577439B (zh) * 2015-12-24 2018-09-28 江苏飞尚安全监测咨询有限公司 一种基于传感设备为基础的仿真模拟方法
CN106774567A (zh) * 2017-03-13 2017-05-31 臻讯半导体科技(上海)有限公司 一种通信系统
CN108848059A (zh) * 2018-05-08 2018-11-20 武汉康慧然信息技术咨询有限公司 桥梁监测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Vermesan et al. Internet of things-from research and innovation to market deployment
CN204143230U (zh) 通信中转系统以及红外通信外壳系统
US20180062873A1 (en) Lora mobile unit for allowing a mobile device to directly access lora information packets and data transmission method of same
CN103945179B (zh) 一种基于分布式无线传感器网络的智能视频监控系统
Rogers et al. Agent technologies for sensor networks
CN105094133B (zh) 一种基于多功能智能电子药箱的健康服务机器人
Hill et al. The platforms enabling wireless sensor networks
CN100517406C (zh) 基于ZigBee无线通信协议的无线消防探测器网络系统及控制方法
CN102981484B (zh) 一种基于物联网的温室智能控制系统
KR20170017868A (ko) 센서 네트워크에서의 확률론적 의미 감지 시스템 및 방법
Zhang et al. Integration of RFID into wireless sensor networks: architectures, opportunities and challenging problems
CN201765685U (zh) 一种适应多种类型传感器的感知节点电路
CN105182922B (zh) 办公楼宇用电信息采集与节能控制系统及方法
CN103081560B (zh) 用于重新封装无线数据的方法和系统
CN201417498Y (zh) 基于arm的智能家居安防监控报警系统
CN105068438B (zh) 大型办公楼宇智能用电电器控制系统及方法
Karimi et al. What the Internet of Things (IoT) needs to become a reality
Olteanu et al. Enabling mobile devices for home automation using ZigBee
Hill System architecture for wireless sensor networks
CN101854281B (zh) 建筑用电设备物联网系统
CN101349744B (zh) 一种基于Zigbee网络平台的井下人员跟踪定位方法及其系统
CN203366055U (zh) 基于手机控制的家电控制系统
CN103647938B (zh) 安防监控一体机及其远程监控系统
KR20150090937A (ko) 사물 인터넷을 이용한 서비스 시스템
CN104038414A (zh) 一种多协议智能家庭网关装置及其系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
C06 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C10 Entry into substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20080430

C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)