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

圖4 中斷程序流程圖

2、無線圖像傳感器節(jié)點(diǎn)性能分析與應(yīng)用
對(duì)圖像傳感器節(jié)點(diǎn)的性能分析主要集中在兩點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)的能耗和圖像傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。本文設(shè)計(jì)的圖像傳感器節(jié)點(diǎn)有五種工作模式：圖像獲取模式、操作SRAM模式、無線傳輸模式、MCU正常工作模式、Shutdown模式。表1給出了本節(jié)點(diǎn)在各種工作模式下的功耗情況。在正常情況下，節(jié)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(jié)點(diǎn)能耗主要由其工作的狀態(tài)以及各狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間來決定。對(duì)于圖像傳感器來說，它的工作持續(xù)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(duì)于SRAM來說，它的工作持續(xù)時(shí)間與要存儲(chǔ)或讀取的數(shù)據(jù)量有關(guān)。對(duì)于nRF24L01來說，工作持續(xù)時(shí)間不僅與要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量有關(guān)，還與每個(gè)數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)有效利用率有關(guān)。本文所做實(shí)驗(yàn)中，節(jié)點(diǎn)用3V電池供電，設(shè)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。無線傳輸中nRF24L01選用的數(shù)據(jù)包長為32byte，其中有24byte為有效圖像數(shù)據(jù)，其余8byte作為傳輸協(xié)議等的頭信息數(shù)據(jù)， 傳輸大小為 的圖像數(shù)據(jù)需1044個(gè)數(shù)據(jù)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(jié)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(jié)點(diǎn)圖像傳輸消耗能量相對(duì)其他部分較大，而且費(fèi)時(shí)。因此，對(duì)于具體應(yīng)用，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)膱D像分辨率，以最大程度的降低節(jié)點(diǎn)能耗。表3是本節(jié)點(diǎn)與相關(guān)節(jié)點(diǎn)性能比較的結(jié)果。由表3可知，本節(jié)點(diǎn)在傳輸速度和能耗方面較Telos、Mica2、MicaZ和Cyclops節(jié)點(diǎn)有明顯優(yōu)勢(shì)。
表2 采集傳輸圖像所需能耗與時(shí)間

3、結(jié)論
本文設(shè)計(jì)的圖像傳感器節(jié)點(diǎn)，能耗低、傳輸速度快，可進(jìn)行圖像采集和快速無線傳輸。我們?cè)敿?xì)論述了它的硬件架構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)，給出了它的功耗測試結(jié)果以及圖像采集傳輸時(shí)間性能，并將它的各項(xiàng)性能參數(shù)與Telos、Mica2、MicaZ和Cyclops節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)表明，本節(jié)點(diǎn)性能良好，無線傳輸功耗低、傳輸速度快、實(shí)用性較強(qiáng)，在環(huán)境監(jiān)測，目標(biāo)識(shí)別等場合有很好的應(yīng)用潛力。