基于nRF24L01的無(wú)線(xiàn)圖像傳感器節點(diǎn)設計實(shí)現

引言
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現代網(wǎng)絡(luò )及無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過(guò)各類(lèi)集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時(shí)監測、感知和采集各種環(huán)境或監測對象的信息，這些信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式被發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò )方式傳送到用戶(hù)終端，從而實(shí)現物理世界、計算世界以及人類(lèi)社會(huì )三元世界的連通 ，圖1所示為典型的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )體系結構 。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )應用前景廣闊，它在軍事國防 、災害監測 、智能樓宇等許多領(lǐng)域都有很大的實(shí)用價(jià)值，已引起國內外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注與重視。
實(shí)驗心理學(xué)家Treicher通過(guò)大量實(shí)驗證實(shí)：人類(lèi)獲取信息83%來(lái)自視覺(jué)。因此控制工程網(wǎng)版權所有，發(fā)展無(wú)線(xiàn)圖像傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，有很大的應用潛力，它為目標識別、安全監控等應用領(lǐng)域提供了一個(gè)很好的解決途徑和技術(shù)方案。目前圖像傳感器節點(diǎn)射頻部分傳輸速度都比較低(不超過(guò)250Kbps)，如美國UCLA設計的Cyclops節點(diǎn) 等。這些節點(diǎn)成本高、功耗大、傳輸速度慢、實(shí)用性不太高。本文應用nRF24L01作為節點(diǎn)無(wú)線(xiàn)收發(fā)器，設計了一種實(shí)用性較強的圖像傳感器節點(diǎn)。該節點(diǎn)相比Telos、Mica2、MicaZ、Cyclops等節點(diǎn)具有傳輸快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。
1、圖像傳感器節點(diǎn)設計
圖像信息數據量大，而傳統的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )射頻收發(fā)器的傳輸速度一般都較低，無(wú)法滿(mǎn)足這種大數據量的數據傳輸。傳感器節點(diǎn)往往采用電池供電CONTROL ENGINEERING China版權所有，電源能量十分有限。因此控制工程網(wǎng)版權所有，在進(jìn)行圖像傳感器節點(diǎn)設計時(shí)必須遵循以下原則：1)盡可能降低節點(diǎn)能量消耗以最大限度地延長(cháng)節點(diǎn)壽命;2)較快的傳輸速度以滿(mǎn)足數據實(shí)時(shí)性;3)增加節點(diǎn)設計的靈活性使其能適合更多的應用場(chǎng)合。

圖1 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )體系結構

1.1 節點(diǎn)硬件設計
1.1.1 節點(diǎn)硬件架構
本文設計的圖像傳感器節點(diǎn)由五部分組成：微處理器模塊、圖像傳感器模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊、數據存儲模塊和電源模塊。圖2所示是無(wú)線(xiàn)圖像傳感器節點(diǎn)總體架構示意圖。

圖2 圖像傳感器節點(diǎn)總體架構圖

該節點(diǎn)中微處理器是系統的控制中心，其功能是控制與調度其他器件的工作狀態(tài)與進(jìn)程，以實(shí)現圖像采集、存儲和無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)傳輸等功能。射頻模塊是節點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)通信單元，通過(guò)SPI總線(xiàn)與微處理器進(jìn)行通信，實(shí)現節點(diǎn)與無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中其他節點(diǎn)的通信以及數據傳輸等功能。微處理器、圖像傳感器和SRAM的數據總線(xiàn)是共用的，這樣可方便圖像數據在微處理器、圖像傳感器和SRAM之間傳輸，但同時(shí)也要求微處理器對圖像傳感器和SRAM的操作時(shí)序進(jìn)行嚴格控制，以避免數據總線(xiàn)操作沖突。