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1系統硬件設計

1.1系統網路總體設計方案ZigBee網絡主要由協調器節點、路由節點與終端節點組成。北斗通信與Zigbee網絡圖像監測系統組網框架如圖2所示。結合該系統的具體使用環境場合，可以多種形式組網，協調器節點將作為網絡系統的要節點，完成對網絡的建立與管理、環境數據收集管理及連接北斗終端發送數據。其它路由、支路節點與終端節點負責環境數據采集并發送數據至協調器節點[5]。該系統內的協調器節點還有一個重要任務，就是在系統網絡中其它節點第一次與協調器節點通信時，如果出現該通信節點不在其路由列表中,此時協調器節點依據不同路徑情況，將選擇最佳匹配的網絡路由路徑。整個網絡中由路由與終端節點所采集的圖像信息最終匯總到協調器節點，通過與其相連接的北斗終端模塊發送給北斗衛星通信系統，在通過地面接收站接收，在監控中心就可以清晰的看到相關圖像信息。該系統具有直觀、便捷、信息實時性強等優點，從而將被在監控、海洋生產、運輸、電信和勘探等領域廣泛使用。

1.2北斗通信模塊選擇系統采用北斗通信模塊與GPS雙系統模塊SUN-BGR，它是一種自動測報通用型模塊，采用USB接口方式，與其它器件連接方便，能夠在惡劣的環境指標下工作，完成單系統定位和雙系統混合定位。可根據用戶要求進行靈活的改進，在32通道內通信。該北斗雙模系統，兼顧了GSP定位系統，可以廣泛應用于公路、鐵路、船舶等交通工具的調度組網，完成監控和短報文發送工作。對不利于派人駐守和勘測的地方有著獨有的特點，也可與多種傳感器相連實現水文、氣象、地質、森林防火等各類大型管線行業的數據傳輸和實時監控。具有定位、通信、導航、數據接口、遙閉和單雙向停機等功能，在對黑龍江林場監控中得到應用，性能得到很好證明。模塊主要技術參數如表1所示。

1.3ZigBee路由及終端節點設計遠程圖像監控終端系統實現采集視頻圖像數據、壓縮編碼視頻圖像數據、傳送壓縮視頻圖像數據至控制中心等功能。整個硬件系統可分為嵌入式主控模塊、ZIGBEE模塊、顯示模塊、圖像采集模塊、供電模塊及FLASH模塊六大部分。本系統的硬件結構框圖如圖3所示。嵌入式主控模塊采用S3C2440處理器，主頻可達400MHz，主要是面向終端設備及高性價比、低功耗的應用，負責對ZigBee模塊數據的處理和控制。在主控模塊上運行嵌入式Linux系統，而嵌入式Linux操作系統的主要作用是管理程序模塊進程并調度進程等。ZigBee模塊主要用于接收圖像信息，并以特定的格式發送給ZigBee協調器模塊。圖像采集模塊完成視頻的采集和壓縮功能，由USB攝像頭和視頻采集壓縮卡兩部分構成。視頻采集壓縮卡采取模擬圖像輸入，JPEG壓縮圖像格式輸出。圖像的采集和壓縮都由硬件實現，這樣監控終端自身就可以不需要配大容量的緩存，從而降低了成本，減少了ARM處理器的工作負擔。視頻采集壓縮卡還支持圖像偵測功能，在圖像偵測狀態下，壓縮卡連續捕捉圖像。圖像偵測靈敏度以及異物面積大小均可由ARM處理終端設定。有快速的圖像捕捉速度和較強的數字圖像處理能力。配以改進的圖像偵測算法，取得了較好的圖像偵測效果。顯示模塊采用3.5寸TFT帶觸摸屏的LCD，作為整個系統的控制面板。FLASH模塊將存儲一些尚未傳輸的圖像信息。供電模塊主要為系統正常工作提供電源。整個北斗視頻圖像采集終端依照客戶端/服務端模式設計，實時將集的圖像信息傳送到監控中心。系統工作時，先由主控模塊啟動視頻圖像采集和壓縮過程，啟動USB攝像頭對現場圖像進行實時采集，將采集的圖像數據經由視頻采集壓縮卡處理后存儲為JPEG格式，根據使用環境的不同，由主控模塊或用戶指令控制圖像的壓縮率,北斗發起與遠方監控中心的視頻圖像數據的傳送連接，監控中心以服務器模式運行，經監控中心確認后，北斗模塊將視頻圖像壓縮數據包將開始無線傳輸到監控中心，監控中心根據監控需要完成視頻圖像壓縮數據包的接收和圖像顯示等操作。

2系統軟件設計

軟件的設計分為兩部分，包括ZigBee引導程序軟件設計和終端處理程序軟件設計。ZigBee引導程序軟件設計實質是整個終端程序的一個子模塊，完成對ZigBee的初始參數設置。包括關閉看門狗計時器，初始化串口配置，關閉中斷，初始化系統時鐘；打開網絡狀態指示LED燈,并使系統運行于管理模式下；配置與串口相連的引腳為輸出狀態，同時，初始化I/O口。對于ZigBee控制采用AT通用命令完成，如果使用AT+CPOWD=1能夠關閉ZigBee模塊。這個命令可以使模式從網絡中退出并允許進入安全狀態，在斷電之前保存數據。ZigBee初始化流程如圖4所示。終端處理程序主要解決控制圖像采集壓縮卡采集JPEG圖像，通過LCD觸摸屏發出的控制命令。采用AT命令控制ZigBee模塊接入北斗無線網絡，并將圖像上傳至北斗網絡。本部分采取C++和C編寫，采用動態圖像的傳輸方式，也就是說，一旦連接成功后，LCD控制端發送命令給終端采集JPEG圖像或設置終端的狀態、圖像的壓縮比例、圖像幅度大小等動作。終端處理程序流程圖如圖5所示在圖中的圖像處理中，從采集到識別采用Y、U和V三個分量算法進行，其中獲取到處理采用原語進行，主要算法如下：UTL_stsStart(stsDispTime);//開啟顯示時間計時inBuf[0]=pMsgBuf->bufY;//獲取Y分量nBuf[1]=pMsgBuf->bufU;//獲取U分量inBuf[2]=pMsgBuf->bufV;//獲取V分量outBuf[0]=disFrameBuf->frame.iFrm.y1;//存儲處理后火焰圖像Y分量outBuf[1]=disFrameBuf->frame.iFrm.cb1;//存儲處理后火焰圖像U分量outBuf[2]=disFrameBuf->frame.iFrm.cr1;//存儲處理后火焰圖像V分量yuv420to422(inBuf,outBuf,720,480);//將YUV4:2:0的格式轉換YUV4:2:2UTL_stsStop(stsDispTime);//顯示時間計時結束通過上述設計方案，結合圖像識別壓縮算法，與硬件系統調試，實現了衛星多點遠程監控圖像的傳輸和顯示。

3實驗結果

系統運行時的實驗數據如下。圖6是當嵌入式遠程監控終端工作時，linux系統的啟動信息。當系統工作后，圖7是系統服務器終端顯示的圖像監控終端采集的實時圖像，圖像的分辨率為320*200的彩色圖像。

4結束語

隨著我國北斗網絡各項附加功能在商業化應用，使用北斗終端將使無線信道傳輸速率比原始的傳輸速率大大提高，特別是本設計采用雙制式的北斗模塊與ZigBee結合使用，組建覆蓋面積較大的無線網絡，滿足了不同模式的網絡傳輸要求，經過實驗證明本系統不僅可以實現遠程數據監控的基本功能，而且與其他具有很大的發展前景。

作者：于泓博朱恒軍李靜輝單位：齊齊哈爾大學通信與電子工程學院