基于Zigbee的无线图像采集节点的设计与实现周慧玲，陈瀚*5101520253035（北京邮电大学自动化学院，北京100876）摘要：本文利用Zigbee技术，采用最新的高性能微处理器和图像传感器，提出一种低功耗、低成本、高性能的无线图像采集节点的设计方案，并给出其传输距离、传输时间、功耗的测试结果。该节点适合于对实时性要求不高、成本敏感的应用场合，具有十分积极的实用价值。关键词：检测技术与自动化装置；无线传感网络；Zigbee中图分类号：TP23DesignandImplementationofWirelessNodeBasedonZigbeeProtocolforImageAcquisitionZhouHuiling,ChenHan(SchoolofAutomation,BeijingUniversityofPostsandTelecommunications,Beijing100876)Abstract:Usingthelatesthigh-performancemicroprocessorandCMOSimagesensor,theauthorproposesasolutionontheimplementationofwirelessimageacquisitionnode.Thenode,withlowpowerdissipation,lowcost,andhighperformance,suitsforsituationwherethedemandforreal-timeperformanceisnotstrong.Moreover,thepapershowsthetestingresultsontransmissionrangeandtime.Keywords:DetectionTechnologyandAutomationDevices;WirelessSensorNetworks;Zigbee0引言传统的无线传感器网络主要研究在能量受限的传感器节点实现环境数据的采集传输，随着监测环境日趋复杂，对简单物理参数的监测已无法满足人们对环境的全面监测需求[1]，信息量更为丰富的图像被引入以无线传感器网络为基础的监测活动中来。通过图像信息对环境进行监测，从视觉层面直观感知环境状态，可以实现细粒度、精准信息的环境监测[2]。在无线传感网络中，低速率、低功耗、短距离的Zigbee技术是无线通信技术的首选。在Zigbee无线协议和组网应用已成熟的前提下，利用Zigbee技术进行图像采集传输的研究重点在于图像采集节点所采用的硬件平台和数据流格式。当前主流硬件方案是ARM+DSP、FPGA+视频编码芯片、低端微控制器+串口摄像头。而Zigbee无线收发器件的选型大多以TI公司的CC2430、CC2530等收发芯片为基础，输出功率小，传输距离近。总体来说，以上方案都无法在功耗、成本、处理能力三方面达到最优平衡，无法满足无线传感器节点低功耗、低成本的设计要求。因此，本文提出一种新的Zigbee无线图像采集节点的实现方案，具有如下特点：（1）采用微处理器STM32+帧缓存芯片采集CMOS数字摄像头输出的图像数据，采集效率高；（2）利用软件算法对图像数据进行JPEG压缩，节约硬件成本；（3）采用Zigbee收发一体芯片AT86RF212，输出功率高，传输距离远。作者简介：周慧玲（1965），女，教授，嵌入式系统与测控网络.huiling@bupt.edu.cn-1-40451硬件设计无线图像传感器节点的设计与普通的传感器节点一样，必须遵循微型化、低成本、扩展性和稳定性好的基本设计原则[3]；但由于图像信息的数据量大，因此节点处理器单元必须具备足够的存储空间和运算速度。本方案的节点主要由三部分组成：微处理器模块、摄像头模块以及无线射频模块。微处理器模块选用STM32F103ZET6作为核心CPU，无线射频模块选用AT86RF212无线收发芯片，摄像头模块选用OV7670摄像头模组加帧缓存芯片AL440B。节点硬件平台围绕CPUSTM32F103ZET6进行外围电路设计，硬件设计框图如图1所示。电源部分LCDFLASHOV7670+AL440BGPIOFSMCSRAMSTM32时钟电路SPIJTAG复位电路AT86RF212高灵敏天线图1无线图像采集节点硬件设计图501.1微处理器模块无线图像采集节点用于对环境进行非实时的图像采集，既要通过摄像头定时采集图像信息，又要通过Zigbee无线网络与上层网络协调器进行数据交互，这就要求其具有较强的数字处理能力以及丰富的存储资源和硬件扩展资源[4]。STM32采用ARM公司为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的Cortex-M3内核，并进行了多项改进，不仅性能显55著提升，而且具备丰富的外设资源和更快的中断响应速度。STM32F103ZET6片上集成512KB的FLASH和64KB的SRAM，工作频率为72MHz，具有多达112个快速I/O端口、2个IIC接口和3个SPI接口。STM32通过IIC接口对摄像头进行参数配置，通过GPIO对摄像头模块进行读写控制和数据交互；通过SPI接...