项目3嵌入式系统常用接口及通信技术.ppt

1、项目三、嵌入式系统常用接口及通信技术,一、项目概况,一、项目概况,项目说明： 本项目利用ARM嵌入式微处理器与接口知识，在嵌入式系统的集成开发环境中采用基于Linux的应用程序设计基础上设计程序并在ARM板内烧写开发的可执行文件实现仿真月球车的图像识别与传输控制。,二、知识储备,2.1无线通信原理 无线通信系统组成框图,二、知识储备,2.1无线通信原理 各部分作用 信息源：提供需要传送的信息 变换器：待传送的信息（图像、声音等）与电信号之间的互相转换 发射机：把电信号转换成高频振荡信号并由天线发射出去 传输媒质：信息的传送通道（自由空间） 接收机：把高频振荡信号转换成原始电信号 受信人：信息的

2、最终接受者,二、知识储备,2.1无线通信原理 典型发送设备的组成框图,二、知识储备,2.1无线通信原理 典型接收设备的组成框图,二、知识储备,2.2 常见无线通信技术 红外线通信（IRDA） 蓝牙（Bluetooth） ZigBee 无线局域网（WLAN），WiFi技术应用最广泛 重点讲解主流技术ZigBee和WiFi,二、知识储备,2.2 常见无线通信技术 ZigBee ZigBee是一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、 低成本的无线网络技术。 主要用于近距离无线连接。它依据IEEE 802.15.4标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。 ZigBee无线网络主要是为工

3、业现场自动化控制数据传输而建立。因此它具备简单、方便、稳定和低成本等特点。,二、知识储备,2.2 常见无线通信技术 ZigBee ZigBee可使用的频段有3个，分别是2.4GHz的ISM频段、欧洲的868MHz频段、以及美国的915MHz频段，而不同频段可使用的信道分别是16、1、10个。,二、知识储备,2.2 常见无线通信技术 ZigBee ZigBee技术特点 数据传输速率低：20Kb/秒250Kb /秒，专注于低传输应用。 功耗低：在低功耗待机模式下，两节普通5号电池可使用624个月 成本低：ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。 网络容量大：网络可容纳65,000

4、个设备。 时延短：通常时延都在15ms30ms。 安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用AES-128加密算法。 有效范围小：有效覆盖范围1075米，具体依据实际发射功率大小和各种不同 的应用模式而定。 传输可靠：采用碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的业务预留专用时隙。,二、知识储备,2.2 常见无线通信技术 ZigBee 设备类型: Coordinator(协调器) 协调器负责启动整个网络。它也是网络的第一个设备。协调器选择一个信道和一个网络ID(也称之为PAN ID，即Personal Area Network ID)，随后启动整个网络。 Router(路由器) 路由器的功

5、能主要是：允许其他设备加入网络，多跳路由和协助它自己的由电池供电的儿子终端设备的通讯。 End-Device(终端设备) 终端设备没有特定的维持网络结构的责任，它可以睡眠或者唤醒，因此它可以可以是一个电池供电设备。,二、知识储备,2.2 常见无线通信技术 ZigBee 协调器创建网络流程：,二、知识储备,2.2 常见无线通信技术 ZigBee 路由器发现 加入网络流程：,二、知识储备,2.2 常见无线通信技术 ZigBee 终端节点 发现加入网络流程：,二、知识储备,2.2 常见无线通信技术 ZigBee ZigBee信道 2.4 GHz的射频频段被分为16个独立的信道。每一个设备都有一个DE

6、FAULT_CHANLIST的默认信道集。协调器扫描自己的默认信道集并选择一个信道上噪声最小的信道作为自己所建网络的信道。终端节点和路由节点也要扫描默认信道集并选择一个信道上已经存在的网络加入。 PAN ID PANID指网络编号，用来区分不同的ZigBee网络。协调器是通过选择网络信道及PANID来启动一个无线网络的。 PANID的有效范围为00 x3FFF。,二、知识储备,2.2 常见无线通信技术 ZigBee IEEE物理地址 每个ZigBee设备都有一个64位的IEEE长地址，即MAC地址。物理地址是在出厂时候初始化的。它是全球唯一的。 当一个zigbee节点加入网络时候，它的IEEE

7、地址不能与网络中现有节点的IEEE地址冲突且不能为0 xFFFFFFFFFFFFFFFF。 网络地址 网络地址也称短地址，通常用16位的短地址来标识自身和识别对方，对于协调器来说，短地址始终为0 x0000，对于路由器和节点来说，短地址由其所在网络中的协调器分配。,二、知识储备,2.2 常见无线通信技术 ZigBee 目前ZigBee的实现方案主要有三种： MCU和RF收发器分离的双芯片方案 如：TI CC2420+MSP430 、FREESCLAE MC13XX+GT60 、MICROCHIP MJ2440+PIC MCU 集成RF和MCU的单芯片SOC方案 如：TI CC2430/CC24

8、31、FREESCALE MC1321X 、EM250。 ZigBee协处理器和MCU的双芯片方案 如：JENNIC SOC+EEPROM、EMBER 260+MCU 在主要的Zigbee芯片提供商中，德州仪器(TI)的Zigbee产品线覆盖了以上三种方案，飞思卡尔、Ember、Jennic可以提供单芯片方案，Atmel、Microchip等其它厂商大都提供MCU和RF收发器分离的双芯片方案。,二、知识储备,2.2 常见无线通信技术 ZigBee 工程的选择 不同的设备类型 协调器 路由器 节点设备 不同的开发板 EB DB,二、知识储备,2.2 常见无线通信技术 ZigBee 工程的配置:预

9、编译宏 Z-Stack协议栈的代码 采用了大量的预编译宏定义 来模块化代码，以此来节省 硬件代码空间。用户可以根 据具体应用环境适当添加或 删除宏定义。 具体编译宏由协议栈相 关文档详细解释。 Options-C/C+Compiler-Preprocessor中查看,二、知识储备,2.2 常见无线通信技术 ZigBee 工程的编译与下载,二、知识储备,2.2 常见无线通信技术 ZigBee 配置文件 在f8wConfig.cfg等配置 文件中定义了工程相关的网络 通讯设置。其中比较重要的是 和ZigBee通信相关的信道通 道的设置，和PAN ID的设置， 用户可以通过更改该文件中的 相关宏定义

10、，来控制ZigBee 网络的通道和PAN ID。 Options-C/C+Compiler-Preprocessor中查看,二、知识储备,2.2 常见无线通信技术 Wifi 什么是WLAN？ 无线局域网的缩写，指采用802.11无线技术进行互连的一组计算机和相关设备。 无线局域网（Wireless Local Area Network，即WLAN）是指以无线信道作传输媒介的计算机局域网，是有线联网方式的重要补充和延伸，并逐渐成为计算机网络中一个至关重要的组成部分，广泛适用于需要可移动数据处理或无法进行物理传输介质布线的领域。随着IEEE802.11无线网络标准的制定与发展，使无线网络技术更加成

11、熟与完善。并已成功的广泛应用于众多行业，如金融证券、教育、大型企业、工矿港口、政府机关、酒店、机场、军队等。产品主要包括：无线接入点、无限网卡、无线路由器、无线网关、无线网桥等。,二、知识储备,2.2 常见无线通信技术 Wifi WiFi的全称是Wireless Fidelity，又叫802.11b标准，是IEEE定义的一个无线网络通信的工业标准。该技术使用的使2.4GHz附近的频段，该频段目前尚属没用许可的无线频段(在2.4GHz及5GHz频段上免许可)。最高带宽为11 Mbps，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps；其主要特性为：速度快，可靠性高，

12、在开放性区域，通讯距离可达305米，在封闭性区域，通讯距离为76米到122米，方便与现有的有线以太网络整合，组网的成本更低。WLAN和Wi-Fi（WiFi）区别？Wlan是无线网络的缩写。又叫做无线局域网。同理无线城域网叫做Wwan. WIFI是无线网络中的一个标准，比如说那些IEEE 802.11a、b、g之类的都属于WIFI这个标准。,二、知识储备,2.2 常见无线通信技术 Wifi:应用 无线APLAN的应用 私网 无线办公环境，家庭 防止非内部人员进入网络 a、MAC地址过滤 b、ip用户名的锁定 AP+router 无线LANinternet的应用 专网 VPN： 公司之间异地互连的

13、专用网络 基于internet的公司局域网 网络电话： NetPhone， IpPhone 基于VPN全面实现语音通话 网络视频：基于Iweb的视频会议监控 基于internet的数据流的解决,二、知识储备,2.2 常见无线通信技术 Wifi:应用 企业：ERP. Server ERP软件 AP PDA CFWLAN 医院：查询系统 病例、药品、监控. Server 医用软件 AP PDA CFWLAN 超市：广播系统、监控系统： Server 发布软件 AP WCard机顶盒TV 交通：各个交通路口的监控 IP、VPN Server 监控软件 AP IpCAMServerCAM 铁路、航空、

14、电信： IP、VPN 售票系统的通信专用网络的票务 Server 监控软件 AP IpCAMServerCAM IpPhone,二、知识储备,2.4 CMOS摄像采集原理及图像处理,二、知识储备,2.4 CMOS摄像采集原理及图像处理 CMOS摄像头定义 CMOS摄像头：是一种采用CMOS图像传感器的摄像头。 CMOS摄像头种类 CMOS摄像头种类：CMOS和CCD二类 CMOS一般应用在普通数码设备中，CCD一般应用高档数码设备中，都是光学成像，CCD比CMOS单位成像的效果要好。CCD镜头比CMOS颜色还原要好分辨率要高。,二、知识储备,2.4 CMOS摄像采集原理及图像处理 无论是CCD

15、还是CMOS，它们都采用感光元件作为影像捕获的基本手段，CCD/CMOS感光元件的核心都是一个感光二极管（photodiode），该二极管在接受光线照射之后能够产生输出电流，而电流的强度则与光照的强度对应。但在周边组成上，CCD的感光元件与CMOS的感光元件并不相同，前者的感光元件除了感光二极管之外，包括一个用于控制相邻电荷的存储单元，感光二极管占据了绝大多数面积换一种说法就是，CCD感光元件中的有效感光面积较大，在同等条件下可接收到较强的光信号，对应的输出电信号也更明晰。,二、知识储备,2.4 CMOS摄像采集原理及图像处理 图像的二值化 二值化就是将原来的灰度图像转换成只有黑和白两种颜色的

16、图像。,二、知识储备,2.4 CMOS摄像采集原理及图像处理 图像的二值化: 利用灰度图像直方图阈值二值化 灰度级切片法二值化 等灰度片法二值化,二、知识储备,2.4 CMOS摄像采集原理及图像处理 利用灰度图像直方图阈值二值化 对于大多数灰度图像来说，图像中的物体和背景是有明显的区别。通过选择阈值，区分图像和背景，以便对物体进行处理。 设定一个阈值，若像素的颜色值大于阈值则取255，否则就取0。,二、知识储备,2.4 CMOS摄像采集原理及图像处理 轮廓跟踪的基本步骤 边界提取 边界跟踪,二、知识储备,2.4 CMOS摄像采集原理及图像处理 边界提取效果,2.4 CMOS摄像采集原理及图像处

17、理 按照上述定义可以编制程序 轮廓跟踪的流程图:,二、知识储备,三、 项目实现,3.1 硬件原理图 仿真月球车的图像识别与传输控制.sch,三、 项目实现,3.2 月球车与控制主机无线通信实现 通信结构,三、 项目实现,3.2 月球车与控制主机无线通信实现 通信协议 采用标准的TCP/IP协议完成控制主机和月球车通信，其中控制主机作为TCP的服务器端，月球车作为TCP的客户端。每次通信由月球车发出连接请求，服务器响应后建立连接，月球车和控制主机之间进行数据传输，数据传输完成后断开该次连接。 在通信中，套接字（socket）网络地址类型选取在Internet上通信的网络地址类型（AF_INET）

18、，套接字类型采用流连接方式（SOCK_STREAM）和默认的网络协议。,三、 项目实现,3.2 月球车与控制主机无线通信实现 通信流程,三、 项目实现,3.2 月球车与控制主机无线通信实现 请求命令和反馈命令表,三、 项目实现,3.3 图像特征数据表 本案例中仿真月球车的图像处理采用二值化,图像识别的图像形状分别为三角形 ,矩形 和圆形 ,图像特征数据表如下:,三、 项目实现(现场演示),3.4程序流程图,三、 项目实现:源程序分析,3.5 源程序分析 #include #include #include #include #include #include #include #include

19、 camera.h #include wf_trans.h #define CAMERA_WIDTH160 #define CAMERA_HEIGHT128 / 用于图像处理的暂存区，都是半个屏幕 unsigned char g_tmpBuffer1CAMERA_WIDTH*CAMERA_HEIGHT; unsigned char g_tmpBuffer2CAMERA_WIDTH*CAMERA_HEIGHT; / 打开摄像头 int open_camera(char* DeviceName, struct frame* pFb) pFb-fd = open(DeviceName, O_RDON

20、LY); if (pFb-fd fd, 0, CAMERA_WIDTH); ioctl(pFb-fd, 1, CAMERA_HEIGHT); close(pFb-fd); pFb-fd = open(DeviceName, O_RDONLY); if (pFb-fd 0) printf(cannot open video device, line:%dn, _LINE_); return -1; ,三、 项目实现,3.5 源程序分析 pFb-width = CAMERA_WIDTH; pFb-height = CAMERA_HEIGHT; pFb-bPP = 16; pFb-lineLen =

21、 (pFb-width * pFb-bPP) / 8; pFb-size = pFb-lineLen * pFb-height; pFb-addr = pImageData; if(pFb-addr = NULL) printf(cannot malloc memory for 1th video devicen); return -1; / clear memset(pFb-addr, 0, pFb-size); memset(g_tmpBuffer2, 0 xff, sizeof g_tmpBuffer2); return 1; ,三、 项目实现,3.5 源程序分析 / 关闭摄像头 void close_camera(struct frame* pFb) close(pFb-fd); voi