ZigBee技術(shù)語音圖像無線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

在環(huán)境比較惡劣，溫度、壓力、濕度、震動、噪聲和電磁等因素時刻都可能發(fā)生變化的情況下，利用一般的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來組建監(jiān)控系統(tǒng)，可能會因為實時性不夠強、靈敏度較小、延遲大、距離短、可靠性較低、受環(huán)境限制明顯等缺陷，無法全面實時有效地實現(xiàn)安全監(jiān)控。而隨著微電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其成本低、組網(wǎng)靈活、受地理環(huán)境限制少、隱蔽性強、無人值守等優(yōu)點，逐漸成為監(jiān)控系統(tǒng)的首選。

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，低速率短距離的ZigBee技術(shù)是無線通信的首選技術(shù)之一。本設(shè)計以確保安全實時監(jiān)控為出發(fā)點，運用Zigbee技術(shù)，以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點為基礎(chǔ)來進行語音和圖像的無線傳輸。

ZigBee技術(shù)語音圖像無線監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

系統(tǒng)由語音的雙向無線傳輸和圖像的無線傳輸兩部分組成，使工作人員在監(jiān)控中心便可以方便地監(jiān)視到一些環(huán)境比較惡劣的場合，及時處理各種運營事故，確保運營安全。
1 ZigBee技術(shù)實現(xiàn)語音無線傳輸

① 語音無線傳輸系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
語音的無線傳輸以嵌入式微處理器和射頻收發(fā)模塊為核心，輔以外部的放大器、濾波電路、音頻編解碼器來實現(xiàn)，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 語音無線傳輸總體框圖

運算放大器負責對麥克風接收到的語音信號進行放大和消除部分干擾；音頻編解碼器完成對語音信號的A/D、D/A轉(zhuǎn)換和音頻信號的編、解碼；嵌入式微處理器負責存儲、處理本身采集的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)與其他節(jié)點之間的通信；射頻收發(fā)模塊負責與其他節(jié)點進行無線通信，交換控制信息，完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送；功率放大器對解碼和D/A轉(zhuǎn)換后的模擬語音信號進行放大，恢復成原來的數(shù)據(jù)信號后由揚聲器輸出。

② 語音無線傳輸系統(tǒng)器件選擇

嵌入式微處理器選用TI公司的低功耗定點高性能TMS320VC5416。該DSP采用雙電源供電，分別為內(nèi)核電源1.6V和I/O電源3.3V兩部分。主要特性有：速率最高達160MIPS；3條16bit數(shù)據(jù)存儲器總線和1條程序存儲器總線；1個40bit桶形移位器和2個40bit累加器；1個17×17乘法器和1個40bit專用加法器；最大8M×16bit的擴展尋址空間，內(nèi)置128K×16bit的RAM和16K×16bit的ROM；3個多通道緩沖串口(McBSP)；配有PCM 3002低功耗單片立體聲音頻編解碼器，可對語音進行A/D和D/A轉(zhuǎn)換。

射頻收發(fā)模塊選用符合IEEE802.15.4標準的IP-Link 1221-2264，該模塊工作在2.4GHz頻段，通信速率可達250kb/s，可提供高效能遠距離聯(lián)機能力，高輸出功率與低信號靈敏度，適用于遠距離及惡劣環(huán)境下的無線通信解決方案。該模塊包含了通用I/O口、異步串行接口、JTAG口、USB口、外部供電接口等。其中，USB口負責與PC通信并對節(jié)點供電，外部供電接口支持 2.7～3.6V直流電源供電，同時還有兩個A/D和兩個D/A轉(zhuǎn)換器。

音頻編解碼器選用TI公司生產(chǎn)的TLV320AIC23。其內(nèi)核數(shù)字供電電壓1.42～3.6V，模擬供電電壓2.7～3.6V，均與TMS320VC5416兼容，這樣，TLV320AIC23和TMS320VC5416之間就可以直接連接而不需要其他電平轉(zhuǎn)換芯片；內(nèi)置耳機放大器，支持立體聲線路輸入和麥克風輸入兩種方式，且對輸入輸出都具有可編程增益調(diào)節(jié)；TLV320AIC23的A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換部件集成在芯片內(nèi)部，采用先進的sigma-delta過采樣技術(shù)，可在8～96kHz的范圍內(nèi)提供16bit、20bit、24bit和32bit的采樣，ADC和DAC的輸出信噪比分別可達90dB和100dB。

圖2 系統(tǒng)硬件電路

運算放大器由放大電路和濾波電路兩部分組成。放大電路選用低功耗、低成本的LMV324放大器, 外加R和C構(gòu)成的低通濾波電路。