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

圖4 中斷程序流程圖

2、無(wú)線(xiàn)圖像傳感器節點(diǎn)性能分析與應用
對圖像傳感器節點(diǎn)的性能分析主要集中在兩點(diǎn)：節點(diǎn)的能耗和圖像傳輸的實(shí)時(shí)性。本文設計的圖像傳感器節點(diǎn)有五種工作模式：圖像獲取模式、操作SRAM模式、無(wú)線(xiàn)傳輸模式、MCU正常工作模式、Shutdown模式。表1給出了本節點(diǎn)在各種工作模式下的功耗情況。在正常情況下，節點(diǎn)在采集圖像并傳輸完成后會(huì )很快進(jìn)入Shutdown模式，等待下一次采集圖像，以降低能耗。
節點(diǎn)能耗主要由其工作的狀態(tài)以及各狀態(tài)持續的時(shí)間來(lái)決定。對于圖像傳感器來(lái)說(shuō)，它的工作持續時(shí)間由所采集圖像大小以及圖像傳感器的曝光時(shí)間決定，而曝光時(shí)間是與拍照時(shí)的環(huán)境光照有關(guān)的。對于SRAM來(lái)說(shuō)，它的工作持續時(shí)間與要存儲或讀取的數據量有關(guān)。對于nRF24L01來(lái)說(shuō)，工作持續時(shí)間不僅與要傳輸的數據量有關(guān)，還與每個(gè)數據包的數據有效利用率有關(guān)。本文所做實(shí)驗中，節點(diǎn)用3V電池供電，設置OV7670寄存器，使輸出圖像大小為 ，輸出像素時(shí)鐘為10MHz的1/12。無(wú)線(xiàn)傳輸中nRF24L01選用的數據包長(cháng)為32byte，其中有24byte為有效圖像數據，其余8byte作為傳輸協(xié)議等的頭信息數據， 傳輸大小為 的圖像數據需1044個(gè)數據包，得到了表2中所示圖像采集傳輸能耗及耗時(shí)。
表1 圖像傳感器節點(diǎn)工作模式功耗表, “S”表示處于Shutdown狀態(tài)，“√”表示處于工作狀態(tài)

由表2可知，由于圖像分辨率較高，本節點(diǎn)圖像傳輸消耗能量相對其他部分較大，而且費時(shí)。因此，對于具體應用，應選擇適當的圖像分辨率，以最大程度的降低節點(diǎn)能耗。表3是本節點(diǎn)與相關(guān)節點(diǎn)性能比較的結果。由表3可知，本節點(diǎn)在傳輸速度和能耗方面較Telos、Mica2、MicaZ和Cyclops節點(diǎn)有明顯優(yōu)勢。
表2 采集傳輸圖像所需能耗與時(shí)間

3、結論
本文設計的圖像傳感器節點(diǎn)，能耗低、傳輸速度快，可進(jìn)行圖像采集和快速無(wú)線(xiàn)傳輸。我們詳細論述了它的硬件架構和軟件設計，給出了它的功耗測試結果以及圖像采集傳輸時(shí)間性能，并將它的各項性能參數與Telos、Mica2、MicaZ和Cyclops節點(diǎn)進(jìn)行了比較。實(shí)驗表明，本節點(diǎn)性能良好，無(wú)線(xiàn)傳輸功耗低、傳輸速度快、實(shí)用性較強，在環(huán)境監測，目標識別等場(chǎng)合有很好的應用潛力。