引言

随着嵌入式技术、图像处理技术以及网络通信技术的不断发展，图像监控系统在人们的日常生活中得到了越来越多的应用。传统的有线传输方式不够灵活和方便，常受到布线等问题的限制。在技术推动信息传输日趋无线化的背景下，无线图像采集传输系统解决了以上问题。它可以实时采集图像，经过无线模块传输到计算机服务器，并在服务器端存储显示。

目前所使用的无线传输技术主要包括以下几种：蓝牙、GPRS、WIFI、CDMA、OFDM和ZigBee。这些技术都具有各自的特点，例如，蓝牙适用于短距离、低功耗、低成本的场合[1]；GPRS提供高速无线IP及X.25分组数据接入服务，但是依赖基站且需要用户自行承担流量费[2]；ZigBee网络对设备要求较低，适用于没有基础设施或不易布线的场合。本系统使用WIFI网络是由于其覆盖面广、传输速度快、传输能耗与数据长度较低等特点[3]。

鉴于目前环保捕蝇监控系统相对较少的情况，本文提供了一种可行的无线捕蝇图像监控系统。从串口摄像头直接读出图像的数字信号，通过WIFI网络传输至服务器，服务器端可以随时查看监控信息图像，且无需人员长期值守在服务器端，实现了无人监控。本系统减少人力、财力及一些硬件资源，实现了资源共享，提高了资源利用率。

1 系统工作原理及组成

整个无线捕蝇图像监控系统分为系统终端和服务器端两部分，它们之间通过无线网络建立TCP连接来传送图像信息和控制命令[4]。

系统总体结构示意图如图1所示。系统终端由ARM模块、串口摄像头和WIFI模块组成。ARM模块作为硬件平台，嵌入μC/OSII操作系统，串口摄像头作为采集端，通过WIFI模块与无线局域网相连。服务器端的软件通过有线或无线的方式与局域网进行连接，控制终端采集传输图像数据，并且在服务器端显示存储的图像。

图1 系统总体结构

2 系统硬件实现

本文设计的无线捕蝇图像监控系统的硬件架构如图2所示，本系统中采集终端的核心板采用ARM7处理器LPC2103的开发板作为硬件平台，摄像模块采用130万像素的串口摄像头，并且通过WIFI模块STMW08S与服务器进行通信。

图2 无线图像采集传输系统硬件架构设计图

2.1 核心板

为解决低功耗问题，核心板的微处理器采用NXP公司推出的基于ARM7TDMIS核、LQFP48封装的LPC2103。它的最高工作速度可达70 MHz，具有32 KB的片内FLASH程序存储器和8 KB的片内静态RAM。可以通过片内boot装载程序实现ISP/IAP编程。

10位A/D转换器提供8路模拟输入，低功耗实时时钟具有独立的电源和特定的32 768 Hz时钟输入，多达32个通用I/O口（可承受5 V电压），可通过个别使能/禁止外围功能、外围时钟分频来优化额外功耗[5]。硬件结构如图3所示。

图3 LPC2103核心板模块结构

2.2 WIFI模块

通过对多款WIFI模块传输距离、误差率等实验的对比，本系统采用STMW08S WIFI模块。它是一款多功能UART接口WIFI数据传输模块，内部集成了支持ARP、ICMP、UDP、TCP/IP、DHCP客户端以及DHCP服务器等诸多TCP/IP协议和WIFI驱动，同时具备通用串口、PWM以及多路通用I/O的输入/输出等功能，具有系统接口灵活、编程控制方便等诸多优点。网络结构上，模块支持基础网络（infra）和特殊的AdHoc网络结构。加密认证方面，模块支持开放性、WEP 64/128、WPA、TKIP、AES等诸多安全协议。

由于灵活的结构设计使得模块在功能完备的前提下拥有更低功耗和较高的数据吞吐率。利用它可以轻松实现嵌入式设备的无线网络功能，节省人力物力和开发时间，使本系统更快地投入市场，增强竞争力[6]。

WIFI模块如图4所示。

图4 WIFI模块

2.3 图像采集模块

本模块采用SXH系列串口摄像头。它是一款具有视频采集和图像压缩功能的130万像素CMOS摄像头，最大分辨率可达到1280×960的工业用图像采集设备，并且内含拍摄控制、视频捕捉、图像数据采集、图像JPEG压缩、串口通信等功能。它采用标准的JPEG图像压缩算法，图像输出格式与常用的计算机完全兼容。同时，它带有可选择的红外照明功能，能够实现自动照度补偿、在较暗的光线下仍能得到较好的图片质量。串口通信速率为115 200 bps。

3 系统软件设计

3.1 终端软件

图5 终端软件流程图

终端软件的主要功能是通过串口控制WIFI模块与服务器进行通信,并控制摄像头采集图像。首先监听WIFI模块，等待服务器的命令;收到采集图像命令后，通过摄像头采集图像，并且与服务器进行通信，完成图像传输等任务。终端软件流程如图5所示。

3.2 服务器端软件

服务器端软件使用VC++作为设计平台，主要负责界面事件的响应、用户线程的创建等工作。流程图如图6所示。界面事件主要包括定时自动采集与手动一次性采集、对终端进行校时以及测试摄像头是否正常。用户线程创建主要包括发送图像采集命令、与终端进行通信，接收终端返回图像数据并解析为JPEG图像后，在界面显示并在服务器端所在PC机上存储。

图6 服务器端软件流程图

由于各用户线程相对独立，因此每个终端与服务器端的数据传送相互不受影响。在数据传输过程中会出现连接中断的情况，因此程序中设置了重连后自动重新采集的功能，保证了在无人监控场所的有效使用。服务器软件主界面如图7所示。

图7 服务器软件主界面

4 系统测试与分析

系统完成后经过多次测试，服务器端接收图像的时间测试如表1所列。

表1 服务器端接收图像的时间

从测试数据中可以看出，随着图像分辨率的增加，传输时间相应增加。在测试过程中出现过1次断线的情况，是由于WIFI模块自动重新连接引起的。随后在程序中加入重连后自动重新采集的功能，保证了在无人监控场所的有效使用。

结语

本文介绍了基于嵌入式平台的无线捕蝇图像监控系统，通过WIFI网络完成了服务器对多个分散终端的图像采集传输与显示存储工作。该系统在测试中也取得了较好的效果。在大型食品厂或者其他一些需要食品监测的室内得到有效应用，具有较广阔的市场前景。