基于nRF24L01的無線圖像傳感器節(jié)點設計實現(xiàn)

引言
無線傳感器網絡綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現(xiàn)代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，這些信息通過無線方式被發(fā)送，并以自組多跳的網絡方式傳送到用戶終端，從而實現(xiàn)物理世界、計算世界以及人類社會三元世界的連通 ，圖1所示為典型的無線傳感器網絡體系結構 。無線傳感器網絡應用前景廣闊，它在軍事國防 、災害監(jiān)測 、智能樓宇等許多領域都有很大的實用價值，已引起國內外學術界和工業(yè)界的廣泛關注與重視。
實驗心理學家Treicher通過大量實驗證實：人類獲取信息83%來自視覺。因此控制工程網版權所有，發(fā)展無線圖像傳感器網絡技術，有很大的應用潛力，它為目標識別、安全監(jiān)控等應用領域提供了一個很好的解決途徑和技術方案。目前圖像傳感器節(jié)點射頻部分傳輸速度都比較低(不超過250Kbps)，如美國UCLA設計的Cyclops節(jié)點 等。這些節(jié)點成本高、功耗大、傳輸速度慢、實用性不太高。本文應用nRF24L01作為節(jié)點無線收發(fā)器，設計了一種實用性較強的圖像傳感器節(jié)點。該節(jié)點相比Telos、Mica2、MicaZ、Cyclops等節(jié)點具有傳輸快、功耗低等優(yōu)點。
1、圖像傳感器節(jié)點設計
圖像信息數(shù)據(jù)量大，而傳統(tǒng)的無線傳感器網絡射頻收發(fā)器的傳輸速度一般都較低，無法滿足這種大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)傳輸。傳感器節(jié)點往往采用電池供電CONTROL ENGINEERING China版權所有，電源能量十分有限。因此控制工程網版權所有，在進行圖像傳感器節(jié)點設計時必須遵循以下原則：1)盡可能降低節(jié)點能量消耗以最大限度地延長節(jié)點壽命;2)較快的傳輸速度以滿足數(shù)據(jù)實時性;3)增加節(jié)點設計的靈活性使其能適合更多的應用場合。

圖1 無線傳感器網絡體系結構

1.1 節(jié)點硬件設計
1.1.1 節(jié)點硬件架構
本文設計的圖像傳感器節(jié)點由五部分組成：微處理器模塊、圖像傳感器模塊、無線通信模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和電源模塊。圖2所示是無線圖像傳感器節(jié)點總體架構示意圖。

圖2 圖像傳感器節(jié)點總體架構圖

該節(jié)點中微處理器是系統(tǒng)的控制中心，其功能是控制與調度其他器件的工作狀態(tài)與進程，以實現(xiàn)圖像采集、存儲和無線組網傳輸?shù)裙δ堋Ｉ漕l模塊是節(jié)點的無線通信單元，通過SPI總線與微處理器進行通信，實現(xiàn)節(jié)點與無線傳感器網絡中其他節(jié)點的通信以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。微處理器、圖像傳感器和SRAM的數(shù)據(jù)總線是共用的，這樣可方便圖像數(shù)據(jù)在微處理器、圖像傳感器和SRAM之間傳輸，但同時也要求微處理器對圖像傳感器和SRAM的操作時序進行嚴格控制，以避免數(shù)據(jù)總線操作沖突。