（電路與系統(tǒng)專業(yè)論文）無線圖像采集傳輸系統(tǒng).pdf

加 聲 ， 砍獷碩士論文 無線圖像采集傳愉系統(tǒng) 摘要 隨著生活水平的提高， 人們對家居安全提出了更高的要求， 希望能夠隨時獲 得家居的實時圖像信息。無線圖象采集傳輸系統(tǒng)正是在這樣的應用背景下開發(fā) 的。 無線圖象采集傳輸系統(tǒng)是一個嵌入式系統(tǒng)， 主要完成對圖 象的采集， 壓縮和 傳輸三個功能。該系統(tǒng)運行的是嵌入式操作系統(tǒng) u c o s , mc u選擇了基于 a r m7 t d mi 體系結構的 a r m 處理器 a t 9 1 r 4 0 0 0 8 。圖象的采集功能由c m o s 圖象傳感器 o v 7 6 4 0來實現(xiàn)，圖象的壓縮由 工作頻率為 5 0 m h z的 m c u芯片 a t 9 1 r 4 0 0 0 8 來完成，同時a t 9 1 r 4 0 0 0 8 還要控制和協(xié)調(diào)其他各個模塊的正常工 作， 圖象的傳輸由g p r s 模塊g r 4 7 通過移動公司的g p r s 網(wǎng)絡傳輸?shù)竭h端的計 算機。 mc u芯片a t 9 1 r 4 0 0 0 8 與很多a r m芯片相比，具有2 5 6 k內(nèi)部r a m的優(yōu) 點，因此本系統(tǒng)無需設計外部擴展r a m，使得系統(tǒng)結構更加的簡單。c m o s 圖 象傳感器o v 7 6 4 0 通過s c c b實現(xiàn)與m c u芯片的數(shù)據(jù)交換。 g p r s 模塊g r 4 7 具有內(nèi)嵌t c p / i p 協(xié)議棧， 使得系統(tǒng)在使用t c p / i p 建立連接時非常簡單方便。 在 無線數(shù)據(jù)傳輸方式上本系統(tǒng)選擇了g p r s網(wǎng)絡， 該網(wǎng)絡在與現(xiàn)有的其他無線數(shù)據(jù) 傳輸系統(tǒng)相比具有前期投入小， 傳輸距離遠， 傳輸數(shù)據(jù)量大， 傳輸速度快， 費用 低且永遠在線等顯著優(yōu)點。 關鍵詞:無線圖像采集傳輸系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)， g p r s 網(wǎng)絡， a r m芯片 娜 臼 刃 了 ， 認矛碩士論文無線圖像采集傳榆系統(tǒng) a b s t r a c t wi t h t h e i m p r o v e m e n t o f p e o p l e s l i f e , p e o p l e t a k e g r e a t a t t e n t i o n t o h o m e s s a f e t y a n d t h e r e a l i m a g e o f h o m e i s n e e d e d a n y t i m e .s o t h e w i re l e s s i m a g e c a p t u r e d a n d t r a n s f e r r e d s y s t e m i s r e s e a r c h e d a n d d e s i g n e d . t h e s y s t e m i s a e m b e d d e d s y s t e m , a n d c a p t u r i n g i m a g e ,c o m p r e s s i n g i m a g e a n d t r a n s f e r r i n g i m a g e a r e i t s m a i n f u n c t i o n s .t h e o p e r a t i n g s y s t e m r u n n i n g o n t h e s y s t e m i s u c o s a n d t h e a t 9 1 8 4 0 0 0 8 i s s e l e c t e d a s mc u c h i p w h i c h b a s e s o n a r m7 t d mi .t h e c m o s i m a g e s e n s o r o v 7 6 4 0 c a p t u r e s i m a g e w h i c h i s c o m p r e s s e d b y a t 9 i r 4 0 0 0 8 a n d t h e a t 9 i r 4 0 0 0 8 s w o r k f r e q u e n c y i s 5 0 mh z .a t l as t , t h e i m a g e i s t r a n s f e r r e d b y g p r s m o d u l e g r 4 7 t o t h e r e m o t e c o m p u t e r . mc u c h i p a t 9 1 r 4 0 0 0 8 h as m o r e i n t e r n a l r a m t h a n m a n y o t h e r a r m c h i p ,a n d t h e i n t e rna l r a m i s 2 5 6 k b y t e s . s o t h e e x t e rn a l r a m i s n t n e e d e d w h i c h m a k e s t h e s t r u c t u r e s i m p l e r .c mo s i m a g e s e n s o r o v 7 6 4 0 e x c h a n g e d a t a w i t h mc u c h i p b y s c c b . g p r s m o d u l e g r 4 7 h a s e m b e d e d t c p / i p p r o t o c o l s t a c k w h i c h m a k e t h e s y s t e m t c p / i p a p p l i c a t i o n e as y . t h e g p r s n e t w o r k i s s e l e c t e d a s t h e s y s t e m w ir e l e s s d a t a t r a n s f e r r i n g m e t h o d . t h e g p r s n e t w o r k h a s m o r e a d v a n t a g e s t h a n o t h e r p r e s e n t w i r e l e s s d a t a t r a n s f e r r i n g m e t h o d s , s u c h a s t r a n s f e r r i n g f a r th e r , t r a n s f e r r i n g m u c h m o r e d a t a , t h e h i g h e r s p e e d , t h e l o w e r c o s t a n d a l w a y s o n l i n e . k e y w o r d : w i r e l e s s i m a g e c a p t u r e d a n d t r a n s f e r r e d s y s t e m , e m b e d d e d s y s t e m , g p r s n e t w o r k , ar m c h i p 戶. 夢 _ 4 妒碩士論文無線圖像來集傳愉系統(tǒng) 第一章 緒論 隨著人們生活水平的提高， 轎車在中國越來越普及， 而轎車的安全問題也成 了人們關注的焦點。 現(xiàn)有的車載報警系統(tǒng)已 經(jīng)不能滿足人們生活中的需要， 因為 它經(jīng)常出 現(xiàn)誤報情況， 這種情祝一般是由于車子不小心被碰撞而引發(fā)報警聲。 況 且即便是真的報警聲，車主也不能分辨是自己的車子報警還是別人的車子報警， 因為很多車子的報警聲都是一樣的。 很顯然現(xiàn)有的車載報警系統(tǒng)僅僅起到對偷竊 者的威懾作用， 而不能提供更多的信息給用戶。 如果 在現(xiàn)有的車載報警系統(tǒng)中加 入實時圖像采集傳輸模塊， 那么車主就可以 通過支持彩信的手機實時的查看車子 的圖像來確認車子的安全。 目 前， 入室偷盜現(xiàn)象越來越嚴重，由于 人們大部分時間 都在辦公室度過， 因 此家里變得空空如也， 使得偷盜者有了可乘之機。 而往往等人們下班回家才發(fā)現(xiàn) 被偷盜然后報警， 卻經(jīng)常過了有效的報警時間。 因此人們希望能夠及時發(fā)現(xiàn)偷盜 事件的發(fā)生并報警， 以便警察的處理。 因此。 工作繁忙的人們在工作之余實時了 解家里情況的要求就變得越來越迫切。 而現(xiàn)有的 監(jiān)控系統(tǒng)一般只是針對整個住宅 小區(qū)環(huán)境， 而不是針對各個家居， 而且使用的也是閉路電視的有線監(jiān)控方式， 由 保安實時查看采集到的圖像， 并不能滿足前面提到的要求。 因此我們需要一種可 以讓人們在辦公室能夠看到家里實時圖像的系統(tǒng)， 這樣就可以 使家居的主人實時 的掌握家里的安全情況。 s m s ( s h o rt m e s s a g e s e r v i c e ) 短 信 息 服 務 ， 是g s m ( g lo b a l s y s t e m f o r m o b i le c o m m u n ic a t i o n ) 系 統(tǒng)中 提供 的 一 種g s m終 端 ( 手 機) 之 何 通 過 服 務 中,g , s e r v i c e c e n t e r ) 進行文本信息收發(fā)的 應用 服務， 其中 服務中 心完成信息的 存儲 和轉(zhuǎn)發(fā)功 能。短信息服務作為g s m網(wǎng)絡的一種基本業(yè)務，己得到越來越多的系統(tǒng)運營商 和系統(tǒng)開發(fā)商的重視， 基于這種業(yè)務的 各種應用也蓬勃發(fā)展起來。以g s m網(wǎng)絡 作為數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡， 可以開發(fā)出多 種前景極其樂觀的 各類應用， 如無線數(shù)據(jù) 的雙向 傳送、 無線遠程檢測和控制等。 典型的應用有: 變電站、電 表、 水塔、 水 庫或環(huán)保監(jiān)測點等監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線傳輸和無線自 動警報; 遠程無線控制高壓線路 斷電器、 加熱系統(tǒng)、 防洪攔阻系 統(tǒng)或其它機電系統(tǒng)的啟 動和關閉; 車隊 交通管f s. 和控制指揮系統(tǒng); 控制和監(jiān)測香煙、 食品 和飲料自 動售貨機的 運行狀態(tài)和存貨水 戶 p f s . r . f 碩士論文無線圖 像采集 傳輸系 統(tǒng) 平等等。 但是現(xiàn)在人們已 經(jīng)不滿足于枯燥無味的 純文本信息， 人們希望得到純文 本信息的同時獲得實時的圖像信息，使得系統(tǒng)的應用范圍更廣。 在前面的應用背景下我們提出了 無線圖像采集傳輸系統(tǒng)的設計。 無線圖像采 集傳輸系統(tǒng)的原理是通過圖像傳感器實時采集一幀圖像， 經(jīng)過壓縮以j p e g格式 保存，然后通過移動公司的g p r s網(wǎng)絡以無線方式發(fā)送到連在i n t e m e t 上的遠端 計算機終端，在這個計算機終端有一個面向t c p / i p 連接的應用程序接收這幅圖 像并在計算機上顯 示出來， 用戶便可以實時的得到一幅靜態(tài)圖 像， 以了 解監(jiān)控現(xiàn) 場的圖像信息。 1 . ，現(xiàn)有的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 1 . 1 . 1 利用專用無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡實現(xiàn)的無線數(shù)據(jù)傳輸 專 用無 線 數(shù) 據(jù)網(wǎng) 絡 12 1基 站設 備 投 資 并 不 大， 無需 值 守 和 維 護 人員 。 單 基 站的 有效覆蓋半徑在中小型城市及 無高山 阻擋地區(qū) 可達3 。 公 里以上， 大型 中心城市 ， 因高樓密集對電 波傳輸產(chǎn)生多徑和衰落，有效覆蓋半徑可達1 5 公里左右。通過 多個基站聯(lián)網(wǎng)同步。實現(xiàn)大區(qū)域覆蓋，大大擴展了無線專網(wǎng)的覆蓋范圍。 目 前的專用無線數(shù)據(jù)網(wǎng) 絡設備基本上都是采用常 規(guī)調(diào)頻電臺 加 m o d e m 的 方式實現(xiàn)的。 電臺工作于2 3 0 m h z , 8 0 0 m h z 數(shù)傳業(yè)務頻段和3 5 0 m h z , 8 0 0 mh z 集群業(yè)務頻段。 在2 5 k h z 信 道， 數(shù)據(jù)速 率基 本 上是1 2 0 0 b p s , 2 4 0 0 b p s ， 一些電 臺 采用g ms k等mo d e m芯片把輸出的低頻信號直接加到v c o輸入端能實現(xiàn) 9 6 0 0 b p s 的 無 線數(shù) 據(jù) 傳 輸， 但 該 方 式 的 射 頻 指 標， 難 于 滿足 信 息 產(chǎn) 業(yè)部 規(guī) 定要 求， 且其1 0 e - 6 誤碼靈敏度很低， 通信距離非常 近，實際當中 無法使用。 另外，常 規(guī)調(diào)頻電臺的收發(fā)轉(zhuǎn)換時間在5 0 -1 0 0 m s 左右， 不能 實現(xiàn)高速收發(fā)轉(zhuǎn)換p 目 前， 許多場合都在使用無線電臺 進行數(shù)據(jù)傳輸。 使用電臺常常 遇到許多困 難，主要表現(xiàn)在: ( 1 ) 產(chǎn)品硬件設備成本高昂， 一次投入較大。 ( 2 ) 數(shù)傳距離短， 一般商用電臺的 傳輸距離都在5 0 公里的 數(shù)量級， 不利于長距 離數(shù)據(jù)傳輸。 ( 3 ) 為了 增加傳輸距離， 必須把天線架高， 而天線高了以 后雷擊靜電 等危害有 戶 a j s . i , 妒碩士論文無線圖像采集傳愉系統(tǒng) 不可避免。 c 4 )數(shù)據(jù)傳輸速率低，因為無線帶寬限制，只能實現(xiàn)小數(shù)據(jù)量的信息傳輸。對 于大數(shù)據(jù)量監(jiān)控乃至視頻圖象 傳輸則無能為力。 ( 5 )數(shù)傳可靠性低。一般商用電臺都工作在固定單一頻點，電磁環(huán)境惡劣，另 外基于數(shù)傳協(xié)議的缺陷等問題也是可靠性低的另外一個重要原因。 ( 6 )維護費用高。商用電臺工作功率大，貨源復雜等都導致商用電臺故障頻率 較高，另外其維修人工費用也比較高。 1 . 1 .2 利用藍牙技術實現(xiàn)的短距離無線數(shù)據(jù)傳輸 藍牙技術3， 是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，其實質(zhì)內(nèi)容是為 固定設備或移動設備之間的通信環(huán)境建立通用的無線電 空中 接口( r a d i o a i r i n t e r f a c e ) ， 將通信技術與計算機技術進一步結合 起來， 使各種3 c 設備在沒有 電 線或電纜相互連接的情況下， 能在近距離范圍內(nèi)實現(xiàn)相互通信或操作。 簡單的 說，藍牙技術是一種利用低功率無線電在各種3 c 設備間彼此傳輸數(shù)據(jù)的技術。 它最大的 好處， 就是能 夠取代各種亂七八糟的傳輸線。 傳統(tǒng)的傳輸線有長度的限制， 對設備擺放的位置有一定的要求， 傳輸線太短 的話， 設備就不能離電 腦太遠; 傳輸線太一長 又得東纏西繞. 麻煩且不美觀。 改用 藍牙無線傳輸后， 就能突破傳輸線的牽絆， 電腦要通過手機上網(wǎng)， 手機不必放在 電腦旁邊， 甚至根本不用從口 袋里拿出來， 只要在十米距離之內(nèi)， 就可以自由傳 輸，沒有任何限制。 當 設備一多，傳輸線就可能會亂成一團. 不易整理、 攜帶不便，也不雅觀。 而拔插傳輸線更是苦差事， 不僅要記住不同 形狀的 插頭與插座的 對應關系， 有時 還得在電 腦后頭摸索半天。 使用藍牙取代傳統(tǒng)傳輸線， 不但可以 跟亂七八糟的 傳 輸線說再見， 更不必去死記插座和插頭形狀的 對應關 系， 只要簡單幾個鼠 標操作 或按鍵的設定， 就可以 為設備之間 搭起無線傳輸?shù)耐ǖ溃?實在是非常方便。 當 然藍牙 技術也 要不足之處，那就是它的 傳輸距離在i o m - l o a m 之間，傳輸 距離教短， 不便于 遠程圖像的 傳輸。 戶 ; ; -1 4碩士論文 無線圖 像采集 傳蜻系 統(tǒng) 1 . 1 .3 利用g s m 網(wǎng)絡以s m s 形式傳輸數(shù)據(jù)的無線數(shù)據(jù)傳輸 - - - g s m 系統(tǒng)是目 前基于時分多址技術的移動通信體制中比較成熟、完善、 應用最廣泛的一種系統(tǒng)，g s m 的短信息系統(tǒng)以其快捷方便而且廉價的特點擁有 廣泛的用戶，同時也為遠程監(jiān)控提供了一種新的技術手段。利用 g s m 短信息 ( s ms ) 進行遠程監(jiān)控具有投資少、 成本低、 可靠性高等特點， 在一些對操作和監(jiān) 控的實時性要求不高的情況下具有很高的性價比。 但是這樣的系統(tǒng)有明顯的缺 陷， 那就 是短消息的長度有限1 6 0 個字符的限 制， 并且只能傳輸文本文件。 當 短 消息中心數(shù)據(jù)繁忙時.容易造成信息阻塞和丟失，不能保證實時收發(fā)信息。 綜上所述，以上三種無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)在傳輸距離、傳輸速率、傳輸容量、 成本費用等參數(shù)上不能滿足無線圖像的遠距離傳輸， 而無線圖像采集傳輸系統(tǒng)利 用g p r s 網(wǎng)絡的 眾多優(yōu)點很好的 解決了以上這些問題。 1 .2 g p r s 簡介 g p r s i0 l- g e n e r a l p a c k e t r a d i o s e r v i c e ， 為 通 用 分組 無 線 業(yè) 務的 簡 稱， 是 歐洲電信協(xié)會g s m 系統(tǒng)中有關分組數(shù)據(jù)所規(guī)定的標準。 g p r s 具有充分利用現(xiàn)有 的網(wǎng) 絡、資源利用率高、始終在線、 傳輸速率高，資費合理等特點。 目 前世界上有大約1 0 億普通電話用戶，3 億無線通信用戶和1 億互聯(lián)網(wǎng)用 戶。 世界電信業(yè)的發(fā)展趨勢是無線語音業(yè)務的發(fā)展速度超過普通電 話業(yè)務， 兩者 間 在不斷融合。 未來的網(wǎng)絡將是一個有線、 無線和互聯(lián)網(wǎng)三者合一的數(shù)字化的全 球網(wǎng) 絡。 其覆蓋 將超越一切 地理障礙， 使信息無處不在。 預計2 0 0 5 年將、 0 億無 線互聯(lián)網(wǎng) 用戶， 中國的互聯(lián)網(wǎng) 用戶數(shù)將從現(xiàn)在的2 千萬增加到2 0 0 3 年的6 千萬。 g p r s 是目前階段解決移動通信信息服務的一種較完美、即將從應用實驗到i f 式 推廣的 業(yè)務。 與g s m c s d 業(yè)務不同的是， g p r s 業(yè)務將以 數(shù)據(jù)流量計費，而g s m c s d 業(yè)務 則以時間計費，g p r s 這一計費方式更適應數(shù) 據(jù)通信的 特點。 此外. g p r s 業(yè)務的 速度較g s m c s d 業(yè)務也將有很大提高， g p r s 可提供高 達1 1 5 k b / s 的傳輸速率( 最 高值為1 7 1 . 2 k b / s ) 、 下一代g p r s 業(yè)務的速度可以達到3 8 4 k h i t l s . 加 ; s - #碩士論文 無線圖像采集傳輸系統(tǒng) g p r s 一個較大的 優(yōu)勢是能 夠充分利用現(xiàn)有的g s m 網(wǎng)，可以 使運營商在全國 范圍內(nèi) 推出 此項業(yè)務。 相信在數(shù)年內(nèi)， 通過便攜式電腦， g p r s 用戶能以與i s d n 用戶一樣快的速度上網(wǎng)瀏覽， 同時也使一些對傳輸速率敏感的移動多媒體應用成 為可能. g p r s 用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占 用資 源，這意味著多個用戶可高 效率地共享同一無線信道， 從而提高了資源的利用率。 同時， 用戶只需按數(shù)據(jù)通 信量付費，而無需對整個鏈路占用期間付費。實際上，g p r s 用戶可能連接的時 間長達數(shù)小時， 卻只需支付相對低廉的連接費用， 可使用戶的使用費用大大降低。 g p r s 通信模塊就是為 使用g p r s 服務而開發(fā)的無線通信終端設備。 可應用到 下列系統(tǒng)集成中: 遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)、遠程控制系統(tǒng)、自 動售貨系統(tǒng)、無線定 位系統(tǒng)、門 禁保安系統(tǒng)、 物質(zhì)管理系統(tǒng)等。 1 . 2 . 1 g p r s 特點 g p r s ， 通用無線分組業(yè)務是一種基于g s m 系統(tǒng)的無線分組交換技術， 提供瑞 到端的、 廣域的無線i p 連接。 g p r s 充分利用共享無線信道， 采用i p o v e r p p p 實現(xiàn)數(shù)據(jù)終端的高速、 遠程接入。 作為現(xiàn)有g s m 網(wǎng)絡向 第三代移動通信演變的過 渡技術 ( 2 . 5 g ， g p r s 在許多方面都具有顯著的 優(yōu)勢。 g p r s 有下列特點: ( 1 ) 可充分利用現(xiàn)有資源一中國移動全國范圍的電 信網(wǎng)絡一g s m ，方便，快速、 低建設成本地為用戶數(shù)據(jù)終端提供遠程接入網(wǎng)絡的部署; ( 2 ) 傳輸速率高， g p r s 數(shù)據(jù)傳輸速度可達到5 7 ak 6 p s , 最高可達到1 1 5 k h p s - 1 7 0 k b p s , 3 8 4 k b i t / s 完全可以 滿足用戶應用的需求，下一代g p r s 業(yè)務的速度可以 達到 ( 3 ) 接入時間短， g p r s 接入等待時間 短， 可快速建立連接， 平均為 兩秒; ( 4 ) 提供實時在線功能 “ a l w a y s o n l i n e ， 用戶將始終處于連線和在線狀態(tài)， 這將使訪問 服務變得非常簡單、快速; ( 5 ) 按流量計費， g p r s 用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占 用資源， 用戶可以 一 直在線， 按照用戶接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來收取費用， 沒有數(shù)據(jù)流量的傳遞 時，用戶即使掛在網(wǎng) 上也是不收費的。 加; - i 妒碩士論文無線圖像采集傳拾系統(tǒng) g p r s 業(yè)務， 具有接入迅速、 永遠在線、 流量計費等特點， 在遠程突發(fā)性數(shù)據(jù) 實時傳輸中 有不可比 擬的 優(yōu)勢， 特別適合于頻發(fā)小 數(shù)據(jù)量的實 時傳 輸， 因而g p r s 業(yè)務在某些行業(yè)上有特殊的應用。 1 . 2 . 2 g p r s 系統(tǒng)結構 g s m 己 發(fā)展到了p h a s e 2 + 階段， 這一階段的 核心問 題就是高 速移動數(shù)據(jù)通信。 近年來， 越來越多的g s m 網(wǎng)絡運營商引入移動數(shù)據(jù)業(yè)務， 不僅使g s m 網(wǎng)絡實現(xiàn)無 線互聯(lián)網(wǎng)功能， 而且積累無線多媒體業(yè)務運營經(jīng)驗， 為向 第三代移動通信網(wǎng)絡的 過渡作好準備。 g s m 移動數(shù)據(jù)業(yè)務主要分為電路型數(shù)據(jù)業(yè)務和分組型數(shù)據(jù)業(yè)務。g s m 第一階 段提供的9 . 6 k b p s 以下數(shù)據(jù)業(yè)務及p h a s e 2 + 階段提出的h s c s d 都屬于電路型數(shù)據(jù) 業(yè)務。p h a s e 2 + 階段提出的g p r s ，則屬于分組型數(shù)據(jù)業(yè)務。后者相對于前者具 有很顯著的優(yōu)越性， 兩者特點對比 如表1 一1 所示。 表1 一1 電路型數(shù)據(jù)業(yè)務與分組型數(shù)據(jù)業(yè)務對比 對比內(nèi)容 電路型數(shù)據(jù)業(yè)務 ( 9 . 6 k b p s 以下數(shù)據(jù)業(yè)務 及 h s c s d ) i 專用， 最多4 個時隙捆綁i 共享， 最多8 個時隙捆綁， 動 無線信道i ( 固定占用時隙)態(tài)時隙分配 鏈路建立時 間 呼 。 建 立 時 間 長短 ， 有 ， 永 遠 在 線 ，之 稱 傳輸時延 傳輸速率 網(wǎng)絡升級費用 短， 適合于實時性強的業(yè) 務 從小于9 . 6 k b p s 到 5 7 . 6 k b p s 初期投資少， 需增加i w f 單元及對b t s / b s c 進行 適度的傳輸時延 最大1 7 1 . 2 k b p s 費用較大，需增加網(wǎng)絡設備 但節(jié)省基站投資 相同業(yè)務 軟件升級 價格昂貴、占 用系統(tǒng)資源價格較便宜、占用系統(tǒng)資源少 加 j j - a . 護碩士論文 無線圖 像采集 傳愉系統(tǒng) 代價 g p r s 網(wǎng)是在g s m 電 話網(wǎng)的基礎上增加以下功能實體構成的:s g s n ( 服務g p r s 支持節(jié)點)、 g g s n( 網(wǎng)關g p r s 支持節(jié)點)、p t m s c( 點對多點服務中心):共用 g s m 基站但基站要進行軟件更新;采用新的g p r s 移動臺;g p r s 要增加新的移動 性管理程序;通過路由器實現(xiàn)g p r s 骨干網(wǎng)互聯(lián); g s m 網(wǎng)絡系統(tǒng)要進行軟件更新 和增加新的m a p 信令和g p r s 信令等。 g p r s 骨干網(wǎng)的邏輯結構如圖 i 一i 所示。 信令和傳愉接口 圖1 一1 g p r s 骨干網(wǎng)的 邏輯結構圖 g p r s 網(wǎng)上增加了一些接口，主要包括、 g b 口 : s g s n 通過g b 口 與 基站b s s 相聯(lián)， 為移動臺m s 服務。 通過邏輯控制 協(xié)議l l c , 建立s g s n 與m s 之間的連接， 提供移動性管理 ( 位置跟蹤) 和安全管 理功能。 s g s n 完成m s 和s g s n 之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換， 即骨干網(wǎng)使用的i p 協(xié)議轉(zhuǎn)換成 s n d c p 和l l c 協(xié)議， 并提供m s 鑒權和登記功能。 g n 口:s g s n 通過g n口和g g s n 相聯(lián)，通過g p r s 隧道協(xié)議 ( g t p )建立s g s n 和外部數(shù)據(jù)網(wǎng) x . 2 5 或i p )之間的通道，實現(xiàn)m s g s 口:用于s g s n 向m s c / v l r 發(fā)送地址信息 和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)的互聯(lián)。 并從m s c / v l r 接收尋呼請求 實現(xiàn)分組型業(yè)務和非分組型業(yè)務的關聯(lián)。 g r口: h l r 保存g p r s 用戶數(shù)據(jù)和路由信息 ( i m s i , s g s n 還包含分組數(shù)據(jù)協(xié)議p d p 信息， 包括p d p 類型 ( x . 2 5 或i p ) 等級以及路由信息。 地址)， 每個1 m s i 、 p d p 地址及其q o s 戶 . ; i砍妒碩士論文 無線圖 像采集傳拾系 統(tǒng) g i 口: g g s n通過g i 口 實現(xiàn)g p r s 網(wǎng)和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)( p d p ) 的互聯(lián)。 g g s n 實際上是兩個互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關， g p r s 本身屬于i p 領域網(wǎng)絡，g i 口 支持x .2 5 和i p 協(xié)議。 從p d n網(wǎng)看g g s n. g g s n可看作是一個路由器連到p d n網(wǎng)。 g g s n包 含用于連接g p r s用戶的路由信息，為外部數(shù)據(jù)網(wǎng)的p d u送到ms 提供通道。 通過g g s n與g p r s 網(wǎng) 互聯(lián)的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)p d n ， 可以是p s p d n網(wǎng)， 這時， g p r s 支持i t u - t x . 1 2 1 和i t u - t e . 1 6 4 編號方案，提供x .2 5 虛電路及對x .2 5 快速選 擇， 還支持網(wǎng)間的x . 7 5 協(xié)議連接; 也可以是i n t e rn e t 網(wǎng)， 基于i p協(xié)議，在i f ) 數(shù) 據(jù)報傳輸方式中， g p r s 支持t c p i i p 頭的壓縮功能。 1 . 2 . 3 g p r s 應用 g p r s 應用主要分為面向 個人用戶的橫向 應用和面向 集團 用戶的縱向 應用兩 利 。 對于橫向應用， g p r s 可提供網(wǎng)上沖浪、 e m a i l 、 文件傳輸、數(shù)據(jù)庫查詢、增 強型短消息等業(yè)務。 對于縱向 應用，g p r s 可提供以下幾類應用: 運輸業(yè):車輛及智能調(diào)度。 金融、 證券和商業(yè): 無線p o s 、 無線a t m 、自 動售貨機、 流動銀行等。 實時發(fā)布股市動態(tài)、 天氣預報、 交通信息等。 公共安全業(yè):隨時隨地接入遠程數(shù)據(jù)庫。 遙測、 遙感、 遙控: 如氣象、 水文系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)， 對災害進行遙測和告警， 遠程操作， 提供v p n 業(yè)務， 使企業(yè)員工能夠隨時隨地與總部保持聯(lián)系， 降 低公司建設 自己的廣域網(wǎng)的成本。 提供以g p r s 承載業(yè)務為基礎的網(wǎng)絡應用業(yè)務和基于w a p 的各種應用。 通過手提電話或電 腦， 可檢查自 動售賣機內(nèi)的貨存和營業(yè)額。 自 動售賣機的手提電 話付款。 監(jiān)視器的錯誤狀況，液體水平，溫度 監(jiān)視冷庫溫度， 濕度。內(nèi)置溫度探針介 2 5 0 1 + 1 0 0 0) 。 g s m 天文臺 ， 廣泛應用在飛翔和航海俱樂部。 j ”，上妒碩士論文無線圖像采集傳輸系統(tǒng) g i 口：g g s n 通過g i 口實現(xiàn)g p r s 網(wǎng)和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)( p d p ) 的互聯(lián)。g g s n 實際上是兩個互聯(lián)網(wǎng)兩關，g p r s 本身屬于諍顎域網(wǎng)絡，g i 口支持x 2 5 和i p 協(xié)議。從p d n 網(wǎng)看g g s n ，g g s n 可看作是一個路由器連到p d n 網(wǎng)。g g s n 包 含用于連接g p r s 用戶旮勺路由信息，為外部數(shù)據(jù)網(wǎng)的p d u 送到m s 提供通道。 通過g g s n 與g p r s 網(wǎng)互聯(lián)的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)p d n ，可以是p s p d n 網(wǎng)這時，g p r s 支持i t u - tx 1 2 1 和i t u te 1 6 4 編號方案，提供x 2 5 虛電路及對x 2 5 快速選 擇，還支持網(wǎng)間的x 7 5 協(xié)議連接；也可以是i n t e m e t 網(wǎng)，基于i p 協(xié)議，在i p 數(shù) 據(jù)報傳輸方式中，g p r s 支持t c p t l p 頭的壓縮功能。 1 2 36 p r s 應用 g p r s 應用主要分為面向個人用戶的橫向應用和面向集團用戶的縱向應用兩 神。 對于橫向應用，g p r s 可提供網(wǎng)上沖浪、e m a i l 、文件傳輸、數(shù)據(jù)庫查詢、增 強型短消息等業(yè)務。 對于縱向應用，g p r s 可提供以下幾類應用： 運輸業(yè)：車輛及智能調(diào)度。 金融、證券和商業(yè)：無線p o s 、無線a t m 、自動售貨機、流動銀行等。 實時發(fā)布股市動態(tài)、天氣預報、交通信息等。 公共安全業(yè)：隨時隨地接入遠程數(shù)據(jù)庫。 遙測、遙感、遙控：如氣象、水文系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)，對災害進行遙測和告警， 遠程操作。 提供v p n 業(yè)務，使企業(yè)員工能夠隨時隨地與總部保持聯(lián)系，降低公司建設 自己的廣域網(wǎng)的成本。 提供以g p r s 承載業(yè)務為基礎的網(wǎng)絡應用業(yè)務和基于w a p 的各利應用。 通過手提電話或電腦，可檢查自動售賣機內(nèi)的貨存和營業(yè)額。 自動售賣機的手提電話付款。 監(jiān)視器的錯誤狀況，液體水平，溫度 監(jiān)視冷庫溫度，濕度。內(nèi)置溫度探針( 一2 5 。d 0 0 。) 。 g s m 天文臺，廣泛應用在飛翔和航海俱樂部。 # m ，z 妒碩士論文無線圖像采集傳輸系統(tǒng) 監(jiān)視老人及行動不便的人。它可以將警報通過語音或短訊同時發(fā)給8 個不 同的電話號碼。 可以遙控商業(yè)及住宅的防盜警報。 可以遙控暖氣和冷卻系統(tǒng)。 可以應用在汽車的防盜警報。 機房監(jiān)控和遠程維護管理系統(tǒng) 銀行儲蓄點機房監(jiān)控 通信行業(yè)遠端無人值守站機房監(jiān)控和遠程維護( 如移動通信基站、微波 站、光纖中繼站等) 其他無人值守點( 如倉庫、辦公樓等) 監(jiān)控 移動車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng) 公安、11 0 、交警車輛監(jiān)控調(diào)度 銀行運鈔車、郵政運輸車監(jiān)控調(diào)度 出租車管理調(diào)度 公交車輛調(diào)度和指示 集團車輛監(jiān)控調(diào)度 移動性數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng) 移動性證卷交易和信息查詢 公安移動性數(shù)據(jù)( 身份證、犯罪檔案等) 查詢 交警移動性數(shù)據(jù)( 車輛、司機檔案等) 查詢 通信維護人員線路資料查詢 其他外勤人員移動性數(shù)據(jù)查詢 無線接入系統(tǒng) 無線固定電話接入( w l l ) 無線i c 卡 無線磁卡電話 火車、汽車、輪船等移動載體付費電話 城市公用事業(yè)實時監(jiān)控維護系統(tǒng) 煤氣調(diào)壓站實時數(shù)據(jù)采集和自動控制 自來水、污水管網(wǎng)實時監(jiān)控和維護 q p _ ，z 妒碩士論文無線圖像采集傳輸系統(tǒng) 熱力系統(tǒng)實時監(jiān)控和維護 電力系統(tǒng)城市串壓電網(wǎng)實時監(jiān)控和自動補償 1 2 4g p r s 業(yè)務解決方案 g p r s 作為g s m 分組數(shù)據(jù)的一種業(yè)務，很大程度上拓展了g s m 無線數(shù)據(jù)業(yè)務 空間。我們將結合中國移動近期準備在中國移動網(wǎng)上開展的業(yè)務進行g p r s 業(yè)務 解決方案介紹，主要包括i n t e r n e t 接入、w a p 、專網(wǎng)接入、基于終端安裝業(yè)務、 專線接入、g p r s 短消息等7 種業(yè)務，并選擇其中的i n t e r n e t 接入業(yè)務作為本系 統(tǒng)選擇的業(yè)務。下面具體介紹i n t e r n e t 接入業(yè)務 ( 1 ) 業(yè)務描述 這是g p r s 最普遍的一種應用，利用手機+ 筆記本接入i n t e r n e t ，如圖1 2 所示。 圖1 2g p r s 網(wǎng)絡原理 ( 2 ) 用戶i p 地址分配及與i p 網(wǎng)絡連接方案 手機十筆記本接入i n t e r n e t 業(yè)務的用戶地址可以分配公有地址或私有地址， 從節(jié)約公有地址角度出發(fā)，建議采用私有地址。實現(xiàn)方式為：手機接入經(jīng)過服務 器r a d i u s 授權后，由g g s n 分配私有地址，該私有地址通過n a t 轉(zhuǎn)換后接入c m n e t 。 ( 3 ) i n t e r n e t 接入方式選擇 g g s n 接入i n t e m e t 有透明和非透明兩種方式。如果移動運營商作為g p r s 運營商的同時，直接作為i s p 提供i n t e m e t 按入服務，建議采用透明方式，用戶 接入因特網(wǎng)無須進行認證，可由移動用戶鑒權替代，這樣可加快用戶接入速度， 減少r a d i u s 服務器的投資。也可以采用非透明方式接入i n t e r n e t ，通過r a d i u s 進行用戶認證。 1 0 加;. - a 護碩士論文無線圖像采集傳翰系統(tǒng) 1 . 3 論文的主要研究內(nèi)容 綜上所述， 利用g p r s 網(wǎng)絡功能傳輸圖像與另外三種數(shù)據(jù)傳輸方式相比， 具 有前期投入小，傳輸距離遠， 傳輸數(shù)據(jù)量大， 傳輸速度快，費用低等顯著優(yōu)點， 因此本系統(tǒng)在設計的時候充分考慮到這些優(yōu)點，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸模塊采用了 g p r s網(wǎng)絡功能完成數(shù)據(jù)的無線遠程傳輸。 論文的主要研究內(nèi) 容分為硬件和軟件兩個方面:在硬件方面完成m c u芯片 的選擇， g p r s 模塊的選擇， 圖像傳感器芯片的選擇，電 源芯片的選擇。以及這 些芯片之間的接口設計。 在軟件方面完成對嵌入式操作系統(tǒng)p c / o s - 1 1 的移植，應用程序的開發(fā)，圖 像傳感器o v 7 6 4 0 圖像采集程序的設計， j p e g壓縮代碼的設計。這里應用程序 的開發(fā)和j p e g壓縮代碼的設計是論文程序設計方面的重點。 應用程序的開發(fā)主 要完成4 個任務的分配， 還有這些任務之間的同步協(xié)調(diào)問題。 j p e g壓縮代碼的 設計主要完成對采集到的原始圖像y , u , v數(shù)據(jù)進行j p e g標準的壓縮。嵌入 式操作系統(tǒng)“c / o s - 1 1 的移植主要是完成用# d e f i n e設置一個常量的值 ( o s _ c p u . h ) 、 聲明1 0 個數(shù)據(jù)類型( o s 多p u . h ) 、 用# d e f i n e 聲明 三個宏( o s 多p u . h ) , 用 c語言編寫六個簡單的函數(shù)( o s _ c p u c . c ,編寫四個匯編語言函數(shù) ( o s c p u a . s ) 。 圖 像 傳感器o v 7 6 4 0 圖 像 采 集程序的 設計主 要完 成 對原 始圖 像的 采集， 這個程序比 較特殊， 因為它對時間的要求性很高， 所以在設計的時候采用 了匯編語言設計。 加 介4獷碩士論丈 無線圖像采集傳翰系 統(tǒng) 第二章 系統(tǒng)硬件整體設計 無線圖象采集傳輸系統(tǒng)是一個嵌入式系統(tǒng)，主要完成對圖象的采集，壓縮和 傳輸三個功能。該系統(tǒng)運行的是嵌入式操作系統(tǒng) u c o s , m c u選擇了基于 a r m 7 t d m i 體系結構的a r m處理器。圖 象的采集功能由c m o s圖象傳感器 o v 7 6 4 0 來實現(xiàn)， 圖象的壓縮由工作頻率為5 0 m的mc u芯片a t 9 1 r 4 0 0 0 8 來完 成。 同時a t 9 1 r 4 0 0 0 8 還要控制和協(xié)調(diào)其他各個模塊的正常工作， 圖 象的傳輸由 g p r s 模塊g r 4 7 通過移動公司的g p r s 網(wǎng) 絡傳輸?shù)竭h端的計算機。由 于各個功 能模塊所需要的供電電壓不同， 一共要提供四種電源: 1 . 8 v , 2 . 5 v, 3 .3 v , 3 . 6 v , 因此還需要一組電源模塊，既分別由 ma x 1 7 9 2 e u a 1 8 , ma x 1 7 9 2 e u a 2 5 , ma x 1 7 9 2 e u a 3 3 , mi c 2 9 1 5 2 b u芯片提供這些電壓。 最后程序燒錄在f l a s h芯 片2 9 l v 1 6 0 中。圖2 -1 為系統(tǒng)原理框圖。 2 9 l v 1 6 0 圖2 - - 1 系統(tǒng)原理框圖 2 . 1 a t 9 1 x 4 0 系列m c u 芯片 ( 1 ) 特 征 5 1 . 集成的a r m7 t d m i a r m t h u m b處理器內(nèi) 核。 一32 位r i s c 體系結構。 娜 3 = 4 . #碩士論文 無線圖像采集傳墉系統(tǒng) 一高密度的1 6 位指令集 一功耗低。 一嵌入式i c e調(diào)試電路。 . 芯片集成的s r a m和 / 或r o m 一32 位數(shù)據(jù)總線 一單時鐘訪問 . 完全可編程的外部總線接口 一外部數(shù)據(jù)空間最大可達到64 m 一最多可有8 個片選信號 一 可編程的8/1 6 位外部數(shù)據(jù)總線寬度 . 8 個優(yōu)先權級別， 獨立可屏蔽的，向 量中斷控制器 一4 個外部中斷，其中包括一個高優(yōu)先權，且能快速處理的中斷請求。 .3 2 根可變成 1 / o q . 3 個通道16 位的定時器/ 計數(shù)器 一3 個外部時鐘輸入口 一 每個通道有兩個多功能1 / o口 .2 個u s a r t 一每個u s a r t都有兩個專門的外圍設備數(shù)據(jù)控制器 . 可編程的看門口 . 高級節(jié)能特點 - c p u和外圍設備能夠各自 獨立的使無效 . 1 0 0 腳t q f p 封裝 表 2 一1 處理器主 s r a m從 s r amrom at 9 1 m4 0 8 0 0 8 k b y t e s a t 9 1 r 4 0 8 0 7 8 k b y t e s1 2 8 k b y t e s a t 9 1 m4 0 8 0 7 8 k b y t e s1 2 8 k b y t e s a t 9 1 r 4 0 0 0 8 2 5 6 k b y t e s 由 于無線圖象采集傳輸系統(tǒng)需要采集1 6 0 x 1 2 0 x 2 b y t e s的原始圖 象 娜 j s . , 才確士論文無線圖 像采集傳檢系 統(tǒng) 數(shù)據(jù)， 保存在s r a m中，由 表2 -1 可知， 如果選擇除a t 9 1 r 4 0 0 0 8 之外的 三款 c p u,則需要在系統(tǒng)中外部擴展一到凡個 s r a m 或 s d r a m，由于是外擴的 r a m，降低了訪問速度，且增加了系統(tǒng)的復雜度，因此為了避免這樣的情況， 我們希望選擇的c p u內(nèi)置的r a m足夠大， 能夠存儲得下原始圖象數(shù)據(jù)。 從表2 一1 可以看出，選擇 a t 9 1 r 4 0 0 0 8可以很好的滿足要求，因為它的內(nèi)置r a m達 到了2 5 6 k b y t e s 。 這么大的r a m空間不僅可以 保存原始圖 象數(shù)據(jù)， 而且可 以 提高足夠的運行壓縮算法所需要的變量空間， 此外也有足夠的空間運行u c o s 操作系統(tǒng)。 (2)us ar t a t 9 1 x 4 0 系列m c u芯片 提供了 兩個獨立的， 全雙工的， 通用同步異步收發(fā) 器。它們的主要特征如下: . 波特率可編程的 . 校驗位、 幀和覆蓋錯誤檢測 . 字符串終止產(chǎn)生和檢測 . 自 動反射模式， 局部循環(huán)模式， 遠端循環(huán)模式 . 多點模式: 地址產(chǎn)生和檢測 . 中斷產(chǎn)生 . 兩個專門的外圍設備數(shù)據(jù)控制通道 .5 一，6 一，7一，8 一和9 -b i t 字符長度 圖2 - 2 是u s a r t的原理框圖 沁介4 . 4碩士論文無線圖 像采集傳輸系 統(tǒng) 徹洲 圖2 -2 u s a r 7 ， 原理框圖 管腳功能描述 每一個u s a r t通道都有表2 - 2 所示的外部信號 表 2 -2 名稱功能描述 s ck u s a r t 的串 行時鐘能 夠配置為 輸入或者輸出: 如果外部時鐘被選 中 ( u s c l k s t 1 = 1 ) , s c k被配置為輸入: 如果外部時 鐘沒有被 選中( u s c l k s 1 = 0 ) 且時鐘輸出 被使能( c l k o = 1 ) , s c k被配 置為輸出。 t xd 串行數(shù)據(jù)輸出 r xd 串 行數(shù)據(jù)輸入 波特率產(chǎn)生器 波特率產(chǎn)生器為接收器和發(fā)送器提供了 波特率。 波特率產(chǎn)生 器可以 選擇外部 或者內(nèi) 部時鐘源， 外部時鐘源是s c k ，而內(nèi) 部時鐘源可以 是 主時 鐘 ( m c k ) 或 者 1/8 的mc k。 當然如果選擇了外部時鐘， 則外部時鐘的頻率必須小于mc k 的2 . 5 分之一。波特率產(chǎn)生器原理圖如圖2 -3 所示: 加 i a碩士論文無線圖像采集傳愉系統(tǒng) 圖2 -3 波特率產(chǎn)生器原理圖 當u s a r t被編程工作在異步模式 ( 模式寄存器u s mr的位s y n c = o ) , 那 么被選擇的時鐘信號必須除以16 和 c d ，其中 c d為波特率產(chǎn)生器寄存器 u s 多r g r中的 數(shù)值。 如果u s 一r g r 被設 置 為。 ， 則時 鐘無效。 由 于 本系 統(tǒng)設 計中使用的是異步模式，因此要注意這里的系數(shù)1 6 和c d 。波特率公式如下: 波特率二 選中的時 鐘/( 1 6 * c d ) 當u s a r t 被編程工作在同 步模式 ( 模式寄存器u s m r的 位s y n c = 1 ) 而 且時 鐘 源 選擇內(nèi) 部時 鐘 ( 模 式寄 存器u s m r 的 位u s c l k s 1 = 0 ) , 那么 被 選 擇 的 時 鐘 必 須除以 波 特率 產(chǎn) 生 器 寄 存器u s 一r g r中 的 數(shù) 值c d . 如 果u s 一r g r 被設置為0 ，則時鐘無效。波特率公式如下: 波特率二 選中的時鐘/ c d 在同 步模式且外部時鐘被選擇 ( 模式寄存器u s es m r的位u s c l k s 1 一 1 ) ， 那 么被選擇時鐘為s c k管腳的輸入信號，不需要除以 任何值， 波特率產(chǎn)生器寄存 器u s b r g r中的數(shù)值不起作用。 u s a r t的接收器 由于本系統(tǒng)設計中 我們只使用了 異步模式， 所以 下面介紹異步模式接收器。 當 模式寄存 器u s m r的 位7 設置為。 ， 既s y n c = 。 時， u s a r t 工作 在異步 模 式下。 在異步模式， u s a r t 不斷 檢測r x d上的 輸入信號以 獲得開始信號位。 當 r x d上出 現(xiàn)保持超過7 個采樣時 鐘周期的 低電 平信號， 則被認為是開始信號位。 這里的 采樣時 鐘頻率是波 特率的1 6 倍。當r x d上出 現(xiàn)保持等于或小于7 個采 樣時鐘周期的低