目前，在商用移动通信网络覆盖范围内，图像可以通过4G网络传输。但是，在某些特定情况下，当发射信号的基站出现问题或远离发射基站的覆盖区域时，商用移动通信网络无法使用。而ZigBee技术可以很好的解决这一弊端，只需一个网关节点就可以自组织一个网络，其他节点可以直接加入或者通过多跳的方式加入网络。
本文提出了一种基于zigbee的图像文件传输系统。虽然ZigBee存在带宽小、传输速率低的缺点，但是在数据量一般、实时性不高的应用中，它可以实现非常好的无线数据传输。本文以无人机图像传输为基础，研究了图像文件的数据传输过程。
该系统主要由无人机和地面计算机两部分组成。地面计算机主要实现人机交互界面的显示和图像处理，无人机主要实现图像的采集和传输。系统的路由节点和网关节点部分采用ZigBee CC2530套件。CC2530不仅支持2.4GHz IEEE802.15.4/ZigBee标准的实际应用，还可以实现强大网络的建立。该系统的结构如图1所示
地面计算机完成接收数据的处理，并显示人机交互界面。它是基于visual c++ 6.0和MSComm开发的。
MSComm控件通过串口接收数据，并为应用程序提供串口通信通道。它是微软公司提供的一种简化的基于windows的串行通信编程主动控制。提供了两种方法来处理通信问题。一个是事件驱动的方法，另一个是查询方法。本文采用事件驱动的方法。事件驱动是处理串行端口交互的一种非常有效的方法。在许多情况下，需要在事件发生时通知它们。
图1 系统总体结构框图
本文无人机图像传输采用DTK公司的CC2530套件，采用终端节点、路由节点、中心节点三种节点(通过DTK ZigBee Configuration对ZigBee模块节点进行设置，设置为需要的节点类型)。终端节点通过RS232串口与无人机CPU相连。无人机采集到视频数据后，通过串口RS232传输到终端段。终端节点发送的数据被路由节点接收。中心节点通过RS232串口线与接收端计算机连接。路由节点发送的数据由中心节点接收，并通过RS232串口线传输到地面计算机。无人机对图像数据进行处理，然后完成数据的解码、合并等操作。接收方通过人机交互界面确定图像文件的接收状态来决定下一步的操作。
本文的数据传输系统由三个模块组成:数据处理模块、ZigBee数据传输模块、数据传输和数据接收。如图2所示。
图2 图像传输模块框架
图像接收部分由安装在地面计算机上的Visual c++编程，对接收到的数据进行处理，保证ZigBee无线网络中数据的完整性和正确性。显然，设置的数据包越大，数据传输时间越短，反之，传输时间越长。包装尺寸可根据实际需要设定。当及时性要求比较高时，可以将包裹分成较大的点。当精度要求更高时，封装可以更小。
ZigBee数据传输模块实现了正确的数据传输功能。当发送端计算机将数据分组并命名每个分组时，依次连接子分组，并通过连接到RS232串口的ZigBee模块进行连接。数据在ZigBee无线网络中传输。数据通过终端节点传输到路由节点，最后传输到中心节点。中心节点按顺序接收每个数据包，并通过RS232串行电缆将数据传输到接收端计算机。接收端计算机对上传的数据进行解码、合并、存储等一系列操作，最终完成数据传输操作。
当无人机发送数据时，首先在发送端对文件进行压缩和分组，然后根据压缩算法依次传输。接收端计算机按顺序接收上传的子包，并将接收到的子包序列号与本地接收状态变量进行比较。在第一种情况下，这两个是相等的，表明这是一个新的数据包。在这种情况下，接收端计算机接收到数据包并发送确认消息。第二种情况是两者不相等，接收端计算机直接丢弃子包，然后向发送端发送重传消息。对正确接收到的分包合同进行解包、保存、合并等操作，并在“-”前命名，然后将整个文件保存为jpg格式。在接收端计算机的人机交互界面上可以看到文件的接收进度和文件的保存情况。如果要查找已接收的文件，可以通过在主机上查找要保存该文件的位置来打开该文件。您可以查看和编辑它。
ZigBee网络使用中心协调器创建网络。当一个节点加入时，它为加入的节点分配地址，使它们可以形成星形网络、树形网络和网状网络。可以根据需要组织所需的网络，以便加入网络的节点可以相互通信。
ZigBee网络支持网络中任意节点之间的数据相互传输。节点间的数据传输方式包括透明传输和点对点传输。
本文采用了无人机与地面计算机图像转包、图像合并等关键技术。它具有成本低、操作简单的优点，具有文件传输安全、稳定、性价比高的特点。
当无人机发送图像时，它首先压缩图像文件，然后计算压缩文件的字节数。如果数据量不超过子包限制，则直接发送。当文件数据量大于子包限制时，需要进行子包处理。文件分包的流程如下:首先，获取文件名，将文件名放入第一个包中进行传输。文件的名称不应超过数据包的上限，即73字节，告诉接收方发送方将以此名称发送文件。然后根据实际情况对文件进行子包，将子包文件名改为<“源文件名”+“-”+“分序列号i”>的形式。此循环一直持续到分包操作完成，子包保存在计算机指定的文件夹中为止。分包完成后，分割的数据包通过ZigBee无线网络传输。如图3所示。
图3 文件分包过程
文件转包过程完成后，转包文件按顺序依次传送。为了保证数据传输的正确性，接收端计算机在收到转包后发送确认信息。无人机根据收到的确认信息，判断分包是否成功，是否需要重新发送分包。如果传输成功，则发送下一个报文，并删除已发送成功的报文。如果发送失败，则重新发送数据包，直到发送成功或达到设置的上限。那么，计算机是如何执行上述操作的呢?而是停止等待协议的达成。
停止等待协议是指通过ZigBee无线传感器网络将小数据包文件传输到接收端后，只有在收到序列号正确的确认数据包后才会发送新的数据包，否则将重新发送刚刚发送的数据包。
在停止等待协议之后，接收方按照传输顺序依次接收子包图像文件。接收端将接收到的文件保存在计算机指定的文件夹中，并将小文件合并为大文件。大文件以小文件名的“文件名”命名。每次合并成功后，接收到的新文件被打包并删除。将合并的文件保存在计算机上的指定位置。像这样循环完成文件的合并，就完成了整个文件的接收。
该系统采用一架无人机和一台地面计算机来实现系统功能。首先使用RS232串行电缆将ZigBee通信模块连接到接收计算机。如果被测无人机距离计算机较远，则需要设置路由节点来中继发送的文件。如果无人机离电脑很近，就不需要设置。终端节点或中心节点均可完成系统测试。然后将ZigBee模块上电。系统上电后，根据设置配置星型网络，实现无线数据传输功能。得到的十六进制代码如图4所示。点击显示按钮后，显示转换后的实际图像。图像中的像素数是339*272。图像大小约为90KB。图像清晰，效果良好，如图5所示。在分辨率要求不高的情况下，满足一般地质特征的读取要求。
图4 十六进制表示图形
图5图像显示
本文在研究ZigBee无线网络特性的基础上，提出了一种基于ZigBee的无人机无线图像传输系统。通过系统设计，介绍了整个系统的工作流程，给出了硬件设计、软件设计、数据传输关键技术和系统测试。硬件设计包括硬件选型和硬件实现。软件设计包括数据处理、ZigBee网络和人机交互界面。关键技术介绍了分包、停止等待协议和合并。最后对系统的功能进行了介绍，并对系统的“图像传输”功能进行了测试。本系统基于简单灵活的ZigBee无线网络。它具有硬件成本低、软件编程简单等特点，具有一定的应用前景。
相关研究成果以《无人机地质图像传输设计与实现》为题。发表在《New Network Engineering and Inspection Control》上，第一作者樊伊君，第一作者单位：河南省第一地质矿产调查院有限公司（原河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院）。
