基于nRF24L01的无线图像传感器节点设计实现
2011-07-07 16:09:34来源:互联网
引言
无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，这些信息通过无线方式被发送，并以自组多跳的网络方式传送到用户终端，从而实现物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通 ，图1所示为典型的无线传感器网络体系结构 。无线传感器网络应用前景广阔，它在军事国防 、灾害监测 、智能楼宇等许多领域都有很大的实用价值，已引起国内外学术界和工业界的广泛关注与重视。
实验心理学家Treicher通过大量实验证实：人类获取信息83%来自视觉。因此控制工程网版权所有，发展无线图像传感器网络技术，有很大的应用潜力，它为目标识别、安全监控等应用领域提供了一个很好的解决途径和技术方案。目前图像传感器节点射频部分传输速度都比较低(不超过250Kbps)，如美国UCLA设计的Cyclops节点 等。这些节点成本高、功耗大、传输速度慢、实用性不太高。本文应用nRF24L01作为节点无线收发器，设计了一种实用性较强的图像传感器节点。该节点相比Telos、Mica2、MicaZ、Cyclops等节点具有传输快、功耗低等优点。
1、图像传感器节点设计
图像信息数据量大，而传统的无线传感器网络射频收发器的传输速度一般都较低，无法满足这种大数据量的数据传输。传感器节点往往采用电池供电CONTROL ENGINEERING China版权所有，电源能量十分有限。因此控制工程网版权所有，在进行图像传感器节点设计时必须遵循以下原则：1)尽可能降低节点能量消耗以最大限度地延长节点寿命;2)较快的传输速度以满足数据实时性;3)增加节点设计的灵活性使其能适合更多的应用场合。


图1 无线传感器网络体系结构

1.1 节点硬件设计
1.1.1 节点硬件架构
本文设计的图像传感器节点由五部分组成：微处理器模块、图像传感器模块、无线通信模块、数据存储模块和电源模块。图2所示是无线图像传感器节点总体架构示意图。


图2 图像传感器节点总体架构图

该节点中微处理器是系统的控制中心，其功能是控制与调度其他器件的工作状态与进程，以实现图像采集、存储和无线组网传输等功能。射频模块是节点的无线通信单元，通过SPI总线与微处理器进行通信，实现节点与无线传感器网络中其他节点的通信以及数据传输等功能。微处理器、图像传感器和SRAM的数据总线是共用的，这样可方便图像数据在微处理器、图像传感器和SRAM之间传输，但同时也要求微处理器对图像传感器和SRAM的操作时序进行严格控制，以避免数据总线操作冲突。

1.1.2 射频模块
射频模块是传感器节点的重要组成部分，它是节点各部分中能量消耗最主要的部分 。现在无线传感器网络中常用的是支持802.15.4通信协议的无线通信芯片。图像传感器节点要传输的是图像数据，数据量大，数据实时性高。这就要求射频模块采用的无线通信芯片功耗低、传输速度快。支持802.15.4通信协议的无线通信芯片传输速度较低，一般不超过250Kbps。本设计选用Noridc公司推出的高速、低功耗、低成本无线通信芯片nRF24L01。
nRF24L01工作在2.