多点监控网络系统论文

1系统硬件设计

1.1系统网路总体设计方案ZigBee网络主要由协调器节点、路由节点与终端节点组成。北斗通信与Zigbee网络图像监测系统组网框架如图2所示。结合该系统的具体使用环境场合，可以多种形式组网，协调器节点将作为网络系统的要节点，完成对网络的建立与管理、环境数据收集管理及连接北斗终端发送数据。其它路由、支路节点与终端节点负责环境数据采集并发送数据至协调器节点[5]。该系统内的协调器节点还有一个重要任务，就是在系统网络中其它节点第一次与协调器节点通信时，如果出现该通信节点不在其路由列表中,此时协调器节点依据不同路径情况，将选择最佳匹配的网络路由路径。整个网络中由路由与终端节点所采集的图像信息最终汇总到协调器节点，通过与其相连接的北斗终端模块发送给北斗卫星通信系统，在通过地面接收站接收，在监控中心就可以清晰的看到相关图像信息。该系统具有直观、便捷、信息实时性强等优点，从而将被在监控、海洋生产、运输、电信和勘探等领域广泛使用。

1.2北斗通信模块选择系统采用北斗通信模块与GPS双系统模块SUN-BGR，它是一种自动测报通用型模块，采用USB接口方式，与其它器件连接方便，能够在恶劣的环境指标下工作，完成单系统定位和双系统混合定位。可根据用户要求进行灵活的改进，在32通道内通信。该北斗双模系统，兼顾了GSP定位系统，可以广泛应用于公路、铁路、船舶等交通工具的调度组网，完成监控和短报文发送工作。对不利于派人驻守和勘测的地方有着独有的特点，也可与多种传感器相连实现水文、气象、地质、森林防火等各类大型管线行业的数据传输和实时监控。具有定位、通信、导航、数据接口、遥闭和单双向停机等功能，在对黑龙江林场监控中得到应用，性能得到很好证明。模块主要技术参数如表1所示。

1.3ZigBee路由及终端节点设计远程图像监控终端系统实现采集视频图像数据、压缩编码视频图像数据、传送压缩视频图像数据至控制中心等功能。整个硬件系统可分为嵌入式主控模块、ZIGBEE模块、显示模块、图像采集模块、供电模块及FLASH模块六大部分。本系统的硬件结构框图如图3所示。嵌入式主控模块采用S3C2440处理器，主频可达400MHz，主要是面向终端设备及高性价比、低功耗的应用，负责对ZigBee模块数据的处理和控制。在主控模块上运行嵌入式Linux系统，而嵌入式Linux操作系统的主要作用是管理程序模块进程并调度进程等。ZigBee模块主要用于接收图像信息，并以特定的格式发送给ZigBee协调器模块。图像采集模块完成视频的采集和压缩功能，由USB摄像头和视频采集压缩卡两部分构成。视频采集压缩卡采取模拟图像输入，JPEG压缩图像格式输出。图像的采集和压缩都由硬件实现，这样监控终端自身就可以不需要配大容量的缓存，从而降低了成本，减少了ARM处理器的工作负担。视频采集压缩卡还支持图像侦测功能，在图像侦测状态下，压缩卡连续捕捉图像。图像侦测灵敏度以及异物面积大小均可由ARM处理终端设定。有快速的图像捕捉速度和较强的数字图像处理能力。配以改进的图像侦测算法，取得了较好的图像侦测效果。显示模块采用3.5寸TFT带触摸屏的LCD，作为整个系统的控制面板。FLASH模块将存储一些尚未传输的图像信息。供电模块主要为系统正常工作提供电源。整个北斗视频图像采集终端依照客户端/服务端模式设计，实时将集的图像信息传送到监控中心。系统工作时，先由主控模块启动视频图像采集和压缩过程，启动USB摄像头对现场图像进行实时采集，将采集的图像数据经由视频采集压缩卡处理后存储为JPEG格式，根据使用环境的不同，由主控模块或用户指令控制图像的压缩率,北斗发起与远方监控中心的视频图像数据的传送连接，监控中心以服务器模式运行，经监控中心确认后，北斗模块将视频图像压缩数据包将开始无线传输到监控中心，监控中心根据监控需要完成视频图像压缩数据包的接收和图像显示等操作。

2系统软件设计

软件的设计分为两部分，包括ZigBee引导程序软件设计和终端处理程序软件设计。ZigBee引导程序软件设计实质是整个终端程序的一个子模块，完成对ZigBee的初始参数设置。包括关闭看门狗计时器，初始化串口配置，关闭中断，初始化系统时钟；打开网络状态指示LED灯,并使系统运行于管理模式下；配置与串口相连的引脚为输出状态，同时，初始化I/O口。对于ZigBee控制采用AT通用命令完成，如果使用AT+CPOWD=1能够关闭ZigBee模块。这个命令可以使模式从网络中退出并允许进入安全状态，在断电之前保存数据。ZigBee初始化流程如图4所示。终端处理程序主要解决控制图像采集压缩卡采集JPEG图像，通过LCD触摸屏发出的控制命令。采用AT命令控制ZigBee模块接入北斗无线网络，并将图像上传至北斗网络。本部分采取C++和C编写，采用动态图像的传输方式，也就是说，一旦连接成功后，LCD控制端发送命令给终端采集JPEG图像或设置终端的状态、图像的压缩比例、图像幅度大小等动作。终端处理程序流程图如图5所示在图中的图像处理中，从采集到识别采用Y、U和V三个分量算法进行，其中获取到处理采用原语进行，主要算法如下：UTL_stsStart(stsDispTime);//开启显示时间计时inBuf[0]=pMsgBuf->bufY;//获取Y分量nBuf[1]=pMsgBuf->bufU;//获取U分量inBuf[2]=pMsgBuf->bufV;//获取V分量outBuf[0]=disFrameBuf->frame.iFrm.y1;//存储处理后火焰图像Y分量outBuf[1]=disFrameBuf->frame.iFrm.cb1;//存储处理后火焰图像U分量outBuf[2]=disFrameBuf->frame.iFrm.cr1;//存储处理后火焰图像V分量yuv420to422(inBuf,outBuf,720,480);//将YUV4:2:0的格式转换YUV4:2:2UTL_stsStop(stsDispTime);//显示时间计时结束通过上述设计方案，结合图像识别压缩算法，与硬件系统调试，实现了卫星多点远程监控图像的传输和显示。

3实验结果

系统运行时的实验数据如下。图6是当嵌入式远程监控终端工作时，linux系统的启动信息。当系统工作后，图7是系统服务器终端显示的图像监控终端采集的实时图像，图像的分辨率为320*200的彩色图像。

4结束语

随着我国北斗网络各项附加功能在商业化应用，使用北斗终端将使无线信道传输速率比原始的传输速率大大提高，特别是本设计采用双制式的北斗模块与ZigBee结合使用，组建覆盖面积较大的无线网络，满足了不同模式的网络传输要求，经过实验证明本系统不仅可以实现远程数据监控的基本功能，而且与其他具有很大的发展前景。

作者：于泓博朱恒军李静辉单位：齐齐哈尔大学通信与电子工程学院