基于nRF24L01的無線圖像傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計實(shí)現(xiàn)

引言
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)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(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端，從而實(shí)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(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用前景廣闊，它在軍事國防 、災(zāi)害監(jiān)測 、智能樓宇等許多領(lǐng)域都有很大的實(shí)用價值，已引起國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注與重視。
實(shí)驗(yàn)心理學(xué)家Treicher通過大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)：人類獲取信息83%來自視覺。因此控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，發(fā)展無線圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有很大的應(yīng)用潛力，它為目標(biāo)識別、安全監(jiān)控等應(yīng)用領(lǐng)域提供了一個很好的解決途徑和技術(shù)方案。目前圖像傳感器節(jié)點(diǎn)射頻部分傳輸速度都比較低(不超過250Kbps)，如美國UCLA設(shè)計的Cyclops節(jié)點(diǎn) 等。這些節(jié)點(diǎn)成本高、功耗大、傳輸速度慢、實(shí)用性不太高。本文應(yīng)用nRF24L01作為節(jié)點(diǎn)無線收發(fā)器，設(shè)計了一種實(shí)用性較強(qiáng)的圖像傳感器節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)相比Telos、Mica2、MicaZ、Cyclops等節(jié)點(diǎn)具有傳輸快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。
1、圖像傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計
圖像信息數(shù)據(jù)量大，而傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)往往采用電池供電CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，電源能量十分有限。因此控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，在進(jìn)行圖像傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計時必須遵循以下原則：1)盡可能降低節(jié)點(diǎn)能量消耗以最大限度地延長節(jié)點(diǎn)壽命;2)較快的傳輸速度以滿足數(shù)據(jù)實(shí)時性;3)增加節(jié)點(diǎn)設(shè)計的靈活性使其能適合更多的應(yīng)用場合。

圖1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1.1 節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計
1.1.1 節(jié)點(diǎn)硬件架構(gòu)
本文設(shè)計的圖像傳感器節(jié)點(diǎn)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(diǎn)總體架構(gòu)示意圖。

圖2 圖像傳感器節(jié)點(diǎn)總體架構(gòu)圖

該節(jié)點(diǎn)中微處理器是系統(tǒng)的控制中心，其功能是控制與調(diào)度其他器件的工作狀態(tài)與進(jìn)程，以實(shí)現(xiàn)圖像采集、存儲和無線組網(wǎng)傳輸?shù)裙δ?。射頻模塊是節(jié)點(diǎn)的無線通信單元，通過SPI總線與微處理器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)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(jìn)行嚴(yán)格控制，以避免數(shù)據(jù)總線操作沖突。