在環(huán)境比較惡劣，溫度、壓力、濕度、震動(dòng)、噪聲和電磁等因素時(shí)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(huì)因?yàn)閷?shí)時(shí)性不夠強(qiáng)、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(shí)時(shí)有效地實(shí)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(qiáng)、無人值守等優(yōu)點(diǎn)，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(jì)以確保安全實(shí)時(shí)監(jiān)控為出發(fā)點(diǎn)，運(yùn)用Zigbee技術(shù)，以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ)來進(jìn)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(shí)處理各種運(yùn)營事故，確保運(yùn)營安全。
1 ZigBee技術(shù)實(shí)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(shí)現(xiàn)，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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圖1 語音無線傳輸總體框圖

運(yùn)算放大器負(fù)責(zé)對(duì)麥克風(fēng)接收到的語音信號(hào)進(jìn)行放大和消除部分干擾；音頻編解碼器完成對(duì)語音信號(hào)的A/D、D/A轉(zhuǎn)換和音頻信號(hào)的編、解碼；嵌入式微處理器負(fù)責(zé)存儲(chǔ)、處理本身采集的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)與其他節(jié)點(diǎn)之間的通信；射頻收發(fā)模塊負(fù)責(zé)與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)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(duì)解碼和D/A轉(zhuǎn)換后的模擬語音信號(hào)進(jìn)行放大，恢復(fù)成原來的數(shù)據(jù)信號(hào)后由揚(yáng)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(diǎn)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(dá)160MIPS；3條16bit數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總線和1條程序存儲(chǔ)器總線；1個(gè)40bit桶形移位器和2個(gè)40bit累加器；1個(gè)17×17乘法器和1個(gè)40bit專用加法器；最大8M×16bit的擴(kuò)展尋址空間，內(nèi)置128K×16bit的RAM和16K×16bit的ROM；3個(gè)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(duì)語音進(jìn)行A/D和D/A轉(zhuǎn)換。

射頻收發(fā)模塊選用符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的IP-Link 1221-2264，該模塊工作在2.4GHz頻段，通信速率可達(dá)250kb/s，可提供高效能遠(yuǎn)距離聯(lián)機(jī)能力，高輸出功率與低信號(hào)靈敏度，適用于遠(yuǎn)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(fù)責(zé)與PC通信并對(duì)節(jié)點(diǎn)供電，外部供電接口支持 2.7～3.6V直流電源供電，同時(shí)還有兩個(gè)A/D和兩個(gè)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(jī)放大器，支持立體聲線路輸入和麥克風(fēng)輸入兩種方式，且對(duì)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(jìn)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(dá)90dB和100dB。

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圖2 系統(tǒng)硬件電路

運(yùn)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。

功率放大器選用LM386。它是一種音頻集成功放，具有功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外部元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為20～200之間的任意值。

③語音無線傳輸系統(tǒng)硬件電路實(shí)現(xiàn)

麥克風(fēng)獲得的語音信號(hào)經(jīng)放大后送入TLV320AIC23的麥克風(fēng)輸入端（MICIN），經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換和音頻編碼，由兩個(gè)多通道緩沖串行口McBSP0和McBSP1完成控制和通信。TMS320VC5416的McBSP2擴(kuò)展成異步串行接口后將信號(hào)送至射頻收發(fā)模塊的異步串行接口，經(jīng)載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，由發(fā)射天線向外發(fā)送。接收過程與上述過程相反。