2011-07-07 16:09:34來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
引言
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過(guò)各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，這些信息通過(guò)無(wú)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(jì)算世界以及人類社會(huì)三元世界的連通 ，圖1所示為典型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用前景廣闊，它在軍事國(guó)防 、災(zāi)害監(jiān)測(cè) 、智能樓宇等許多領(lǐng)域都有很大的實(shí)用價(jià)值，已引起國(guó)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(guò)大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)：人類獲取信息83%來(lái)自視覺(jué)。因此控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，發(fā)展無(wú)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(shí)別、安全監(jiān)控等應(yīng)用領(lǐng)域提供了一個(gè)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(guò)250Kbps)，如美國(guó)UCLA設(shè)計(jì)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(wú)線收發(fā)器，設(shè)計(jì)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(jì)
圖像信息數(shù)據(jù)量大，而傳統(tǒng)的無(wú)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(wú)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(jì)時(shí)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(zhǎng)節(jié)點(diǎn)壽命;2)較快的傳輸速度以滿足數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性;3)增加節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的靈活性使其能適合更多的應(yīng)用場(chǎng)合。

圖1 無(wú)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(jì)
1.1.1 節(jié)點(diǎn)硬件架構(gòu)
本文設(shè)計(jì)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(wú)線通信模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和電源模塊。圖2所示是無(wú)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(chǔ)和無(wú)線組網(wǎng)傳輸?shù)裙δ?。射頻模塊是節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通信單元，通過(guò)SPI總線與微處理器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)與無(wú)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堋Ｎ⑻幚砥?、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(shí)也要求微處理器對(duì)圖像傳感器和SRAM的操作時(shí)序進(jìn)行嚴(yán)格控制，以避免數(shù)據(jù)總線操作沖突。

1.1.2 射頻模塊
射頻模塊是傳感器節(jié)點(diǎn)的重要組成部分，它是節(jié)點(diǎn)各部分中能量消耗最主要的部分 。現(xiàn)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中常用的是支持802.15.4通信協(xié)議的無(wú)線通信芯片。圖像傳感器節(jié)點(diǎn)要傳輸?shù)氖菆D像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性高。這就要求射頻模塊采用的無(wú)線通信芯片功耗低、傳輸速度快。支持802.15.4通信協(xié)議的無(wú)線通信芯片傳輸速度較低，一般不超過(guò)250Kbps。本設(shè)計(jì)選用Noridc公司推出的高速、低功耗、低成本無(wú)線通信芯片nRF24L01。
nRF24L01工作在2.