基于Zigbee的智能家居无线图像监控系统设计与实现

辽宁建材

２００８年第５期

基于Ｚｉｇｂｅｅ的智能家居无线图像监控系统设计与实现

１引言

随着计算机的普及和信息技术的迅猛发展，人们已不满足于传统的居住环境，对家庭及住宅小区提出了更高的要求，智能化被引入家庭及住宅小区，并迅速在世界各地发展起来。人们对居住环境要求的日见增高，体现在希望住宅不仅更便利、舒适而且更安全。监控系统作为安全防范的重要手段，越来越多的应用在智能家居中。

无线监控系统集成了计算机技术、无线宽带通讯技术、图像解压缩技术、图像识别技术、红外图像采集技术、工业数据采集等诸多学科的技术。与传统的有线监控系统相比，它具有很大的优势：系统的组建比较简单，可省去布线的麻烦；具有可移动性，并且不受地点限制，可随意摆放在家里任何一个角落；在拆迁时直接取下布置的无线监控产品就可以带走了。

目前，无线图像监控系统广泛应用于家居监控、交通监控、１１０报警中心对城市重要现场监控、公安通讯指挥车的重要现场监控、收费站监控系统、油田及矿山的重要现场监控、重要仓库，码头、森林防火监控、银行监控联网等领域。

２无线通信技术介绍

目前，各种无线传输技术林立，都在争取成为市场标准。每个技术都有其立足的特点：有基于传输速度、距离、耗电量等特殊要求的；有着眼于功能的扩充性的；还有符合某些单一应用的特别要求的。

（１）蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放全球规范，其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距离无线接口，能在近距离范围内实现相互通信或操作。但蓝牙技术遭遇最大的障碍是过于昂贵。突出表现在芯片大小和价格难以下调、抗干扰能力不强、传输距离太短、信息安全问题等等。

（２）ＩｒＤＡ是一种利用红外线进行点对点通信的技术，是第一个实现无线个人局域网（ＰＡＮ）的技术。

ＩｒＤＡ的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红外通信成本低廉。并且还具有移动通信所需的体积小、功能低、连接方便、简单易用的特点。此外，红外线发射角度较小，传输上安全性高。ＩｒＤＡ的不足在于它是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其它物体阻隔。

（３）Ｗｉ－Ｆｉ无线保真技术与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。虽然由Ｗｉ－Ｆｉ技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可以达到１１ｍｂｐｓ，符合个人和社会信息化的需求。

（４）Ｚｉｇｂｅｅ是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。它此前被称作“ＨｏｍｅＲＦＬｉｔｅ”或“ＦｉｒｅＦｌｙ”无线技术，主要用于近距离无线连接。与蓝牙、红外、ＧＳＭ／ＧＰＲＳ和无线局域网等无线系统相比较，ＺｉｇＢｅｅ技术的主要包括数据传输速率低、功耗低、成本低、时延短、安全、网络容量大、优良的网络拓扑能力、有效范围小、工作频段灵活等特点。

赵强

（沈阳建筑大学，辽宁沈阳１１０１６８）

［摘要］本文结合智能家居监控系统的实际需求，提出了一种基于ＺｉｇＢｅｅ协议的无线图像监控解决方案，并介绍了该方案的硬件设计、软件开发的方法及过程。

［关键词］ＺｉｇＢｅｅ；智能家居；图像监控；无线通信；微控制器

［中图分类号］ＴＵ８５８［文献标识码］Ａ［文章编号］１００９－０１４２（２００８）０５－００２８－０３

［收稿日期］２００８－０５－１４

２８

图１

系统结构框示意

３

系统硬件设计

３．１

系统芯片及微控制器设计

系统芯片选择的是

Ｎｒｏｄｉｃ公司的ｎＲＦ９０５（２．４ＧＨｚ）

射

频芯片。ｎＲＦ９０５的选择性和敏感性指数超过了ＩＥＥＥ８０２．１５．４标准的要求，可确保短距离通信的有效性和可靠性。本系统结构框图如图１所示。

微控制器选择的是Ｃｙｇｎａｌ公司Ｃ８０１５Ｆ３３０Ｄ高性能单片机。在本系统中，为实现Ｃ８０１５与ｎＲＦ９０５之间的ＳＰＩ连接，将Ｃ８０１５的特殊功能管脚定义如下：

Ｐ０．０———

ＳＰＩ的ＳＣＫ引脚Ｐ０．１———

ＳＰＩ的ＭＩＳＯ引脚Ｐ０．６———

ＳＰＩ的ＭＯＳＩ引脚Ｐ０．７———

ＳＰＩ的ＮＳＳ引脚Ｐ１．１———

ｎＲＦ９０５的ＦＩＦＯ引脚Ｐ１．２———

ｎＲＦ９０５的ＦＩ－ＦＯＰ引脚

Ｐ１．３———

ｎＲＦ９０５的ＳＦＤ引进３．２图像采集接口设计

摄像机选择的是深圳市中盈科隆科技有限公司生产的

ＣＴ－０４串口摄像机。ＣＴ－０４摄像头接到取图命令后开始采集

图像，图像压缩为ＪＰＥＧ格式输出，摄像头采取分包传递的方式，每传递一个数据包，只有得到上位机的确认命令，摄像头才开始传下一个包，直到图像传递完成。

（１）

数据包数据包的大小可以调整，可以一次传送一幅

图片。本摄像头默认数据包的大小为５１２个字节（不能一次性接收整个６４０＊４８０的ＪＰＥＧ图像）

（２）图片大小设定３２０＊２４０选择０ｘ８１６４０＊４８０选择０ｘ８２（３）

摄像头开始命令（３２０＊２４０）：０ｘ４００ｘ４００ｘ６１０ｘ８１

０ｘＦＦ０ｘＦＦ０ｘＦＦ０ｘＦＦ０ｘ０Ｄ０ｘ０Ａ（６４０＊４８０

）：０ｘ４００ｘ４００ｘ６１０ｘ８２０ｘＦＦ０ｘＦＦ０ｘＦＦ０ｘＦＦ０ｘ０Ｄ０ｘ０Ａ

（４）

摄像头取图命令（３２０＊２４０）：０ｘ４００ｘ４００ｘ６２０ｘ８１

０ｘＦＦ０ｘＦＦ０ｘＦＦ０ｘＦＦ０ｘ０Ｄ０ｘ０Ａ（６４０＊４８０

）：０ｘ４００ｘ４００ｘ６２０ｘ８２０ｘＦＦ０ｘＦＦ０ｘＦＦ０ｘＦＦ０ｘ０Ｄ０ｘ０Ａ

（５）

图像数据包格式０ｘ４００ｘ４００ｘ６３０ｘＫＫ０ｘＫＫ０ｘＸＸ

０ｘＸＸ０ｘＦＦ０ｘＰＰ……０ｘＶＶ０ｘ０Ｄ０ｘ０Ａ３．３

Ｃ８０１５与串口摄像机ＣＴ－０４的连接

串口摄像机与Ｃ８０１５通过串行通信方式连接，如图２所示。

４

系统软件开发

４．１

开发平台

本开发平台能够协助设计人员快速评估及着手开发多种

不同的无线网络ＺｉｇＢｅｅ应用，该工具包支持ＺｉｇＢｅｅ８０２．１５．４标准协议，用以开发无线网络控制及监控应用。

软件：ＣｙｇｎａｌＩＤＥ，ＳｍａｒｔＲＦＳｔｕｄｉｏＣｙｇｎａｌ的集成开发环境（ＩＤＥ）

提供了开发与测试一个设计所必需的工具。使用

ＩＤＥ与Ｃ８０１５Ｆ３３０ＤＭＣＵ的片内ＪＴＡＧ调试逻辑接口，提供

一个完整的开发系统，可以对安装在最终应用系统中的ＭＣＵ进行非插入式的全速在线调试，不需要另外的目标ＲＡＭ、

程序存储器、或者通信通道。

Ｃｙｇｎａｌ的ＩＤＥ支持Ｃ语言和汇编语言的源码级调试，支

持单步执行（包括单步通过中断服务程序）、运行至断点、条件存储器观察点（数据断点）以及修改和检查寄存器、数

据存储器和程序存储器。

Ｃｙｇｎａｌ的ＩＤＥ在Ｗｉｎｄｏｗｓ９５／９８／Ｍｅ／２０００／ＸＰ下运行。ＩＤＥ与目标ＭＣＵ之间通过ＰＣ的串口和目标ＭＣＵ的ＪＴＡＧ

接口进行通信。ＲＳ－２３２与ＪＴＡＧ之间的协议转换由串行适配器完成。

４．２系统软件流程

系统软件流程图如图３所示。

图２

Ｃ８０１５与摄像机ＣＴ－０４连接示意

图３

系统软件流程

◎论

文

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