[发明专利]一种分布式智能无线图像传感器网络节点设备

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，尤其涉及一种基于高性能ARM处理器的智能无线图像传感器网络节点设备。

背景技术

近年来随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟，以无线多媒体传感器网络为代表的新型网络技术已成为新一代无线传感器网络发展的主要方向和研究热点。与传统传感器网络相比，无线多媒体传感器网络能够获取监控区域的视频、图像、声音等复杂信息，具有更为强大的场景感知和分析能力，在军事、自然灾害搜救、生态环境监测、空间探测、智能楼宇、医疗监护等方面有着广泛的应用前景。

无线图像传感器网络作为无线多媒体传感器网络的一种，是由一组具有感知、计算和通信功能的图像传感器节点组成的分布式感知网络。无线图像传感器网络要求能够利用传感器节点获取监控区域的图像信息，并利用节点的处理能力对场景图像进行分布式处理，然后通过无线方式将处理结果传送到其它节点或网关节点。这一技术特点，为医疗监护、安全监控等应用提供了一个能够满足快速部署、自主运行需求的技术途径和解决方案。

目前已有的无线图像传感器网络节点设备，大多数并不具备对场景图像的智能分析和处理能力。当图像传感器获得场景图像后，传感器节点仅对图像进行简单编码(甚至不作处理)便直接由无线通信模块将图像信息发送到其它节点或远端接收机。由于图像信息的数据量巨大，直接进行图像数据传输时需要很大的通信带宽和功耗。一方面，无线传感器网络节点设备通常由电池供电，在功耗很大的情况下很难实现网络的长期无人值守运行；另一方面，无线传感器网络节点设备普遍采用Zigbee技术进行无线通信，其最大传输速率为250kbs，难以实时传输信息量巨大的图像信息。这种仅具备图像感知和数据传输功能的传感器节点设备很难满足目标识别、安全监控等领域对环境感知的实时性和长期性的要求，难以在实际问题中得到广泛应用。因此，需要开发一种低功耗、具有分布式处理能力、能够长期无人值守运行的智能无线图像传感器网络节点设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有分布式处理能力、低功耗的智能无线图像传感器网络节点设备。该节点设备能够感知进入监控区域中的目标，并采集场景图像，经过分布式处理后将处理结果以无线方式发送到其它节点或网关节点。

为实现上述发明目的，本发明所述的无线图像传感器网络节点设备由红外监测模块、图像采集模块、ARM处理器、存储器、无线通信模块和电源模块构成。红外监测模块由安装了菲涅尔透镜的热释电红外传感器组成，可检测监控区域的目标入侵；图像采集模块采用低功耗的CMOS图像传感器芯片，能够对场景图像进行采集；高性能的ARM处理器控制各硬件模块协调工作，并执行图像处理功能；存储器包括一片Nand Flash芯片和两片SDRAM芯片，为操作系统、主控程序、图像处理应用程序、数据等提供存储空间；无线通信模块采用内嵌8位微处理器的无线射频芯片，通过运行Zigbee通信协议栈进行数据传输；电源模块采用电池组为节点设备各个硬件模块供电。

本发明的ARM处理器通过地址总线、数据总线和控制总线与Nand Flash芯片和SDRAM芯片连接；ARM处理器通过CAMIF相机专用接口与图像采集模块连接；ARM处理器通过通用I/O管脚与红外监测模块的输出管脚连接；ARM处理器通过SPI串行接口与无线通信模块连接；上述各模块通过电源线和地线与电源模块连接。

本发明采用以下工作流程：

第一步：系统上电，启动电源使传感器节点设备各模块处于上电状态；

第二步：ARM处理器加载Linux操作系统，并自动运行主控程序，完成系统初始化；

第三步：主控程序对各个器件进行初始化设置；

第四步：红外监测模块检测监控区域内是否有目标入侵；

第五步：主控程序检测是否有红外监测模块的中断输入，若没有，则控制图像采集模块和无线通信模块进入休眠模式，ARM处理器进入IDLE模式，并等待红外监测模块的中断触发；

第六步：主控程序检测到红外监测模块的中断输入，唤醒图像采集模块，启动CMOS图像传感器对监控区域进行拍照，并把采集的图像信息传送到存储器；

第七步：主控程序调用图像处理应用程序对图像进行处理；

第八步：主控程序唤醒无线通信模块，将处理结果传输至其它节点或网关节点；

第九步：红外监测模块检测到目标离开监控区域，产生中断；

第十步：主控程序接收到中断信号，跳转到第四步重复上述操作。