无线胶囊内窥镜系统设计
摘 要
提出了胶囊内窥镜系统，基于射频芯片NRF24LE1和图像采集芯片OV7660的设计方案。根据电磁波传播理论,计算了胶囊在人体内发射的电磁波信号穿透人体后的达到接收器时的场强值,结果表明,体外信号强度可以达到接收的要求,从而验证了该方案的可行性。
本论文在于主要介绍的是设计一种无线胶囊内窥镜诊断系统的原理与结构。该系统主要基于采用OV7660图像传感芯片、Nordic公司的NRF24LE1射频发射芯片相结合的架构,成功实现了将体内胶囊内窥镜传输出的图像数据实时接收存储的功能。集中探讨了人体胶囊式无线内窥镜系统设计中的结构设计,给出了体内控制的无线磁控装置设计。
系统尽可能减少外围电路，从而严格控制体内无线胶囊的体积及功耗，减少由于胶囊体积过大对人体造成的不适及满足胶囊在人体中停留足够时间以便完成对病变部位的实时图像采集传输。
关键词 胶囊内窥镜 无线图像传输 电磁波 OV7660 NRF24LE1
Wireless capsule endoscopy system design
ABSTRACT
The design fundamental and the wireless image transmission subsystem of the capsule endoscopy (CE) are proposed. Then a scheme based on RF chips, NRF24LE1 , is given. To validate the feasibility of this scheme, this paper calculated the attenuation of the signal transmitted from CE. The result shows that the signal is still strong enough for the receiver to receive after it is absorbed by the human body tissues when the signal propogate in human body.
A capsule endoscope system, based on the RF chip and image acquisition NRF24LE1 of OV7660 chip design. According to electromagnetic wave propagation theory, the calculation of the capsule in the human body's electromagnetic signal fired after penetrating the body to reach the receiver at the time of field strength values, results showed that the signal strength in vitro can be achieved to receive the request, in order to verify the feasibility of the program.
Is introduced in this paper is the design of a wireless capsule endoscope diagnosis system and structure of the principle. The system is mainly based on the OV7660 image sensor chips used, Nordic's RF chip NRF24LE1 combination of structure, the successful implementation of the capsule endoscope to the body of the image data transmission to receive real-time memory function. Focus on the human body wireless capsule endoscopy system design in the structural design, given the body control the design of wireless magnetic devices.
System to minimize the external circuit, thus the body to strictly control the size of the wireless capsule and the power to reduce the capsule size as a result of too much discomfort to the human body and to meet the capsules remain in the body in order to have sufficient time to complete lesion of the transmission of real-time image acquisition.
Key words: capsule endoscopy wireless image transmission electromagnetic wave OV7660 NRF24LE1
目 录
摘 要 ……………………………………………………………………Ⅰ
ABSTRACT …………………………………………………………………Ⅱ
1 绪论 ……………………………………………………………………1
1.1 选题的目的 ………………………………………………………………1
1.2 内窥镜发展的历史 ………………………………………………………1
1.3 本课题的研究现状 ………………………………………………………2
1.4 无线胶囊内窥镜研究的意义 ……………………………………………2
1.5 研究目标、研究内容和拟解决的关键问题 ……………………………3
1.6 图像信号的无线传输主要技术难点 ……………………………………4
2 系统的总体设计 ………………………………………………………5
2.1 胶囊内窥镜的结构及设计原则 …………………………………………5
2.2 可行性分析 ………………………………………………………………5
2.2.1无线频段发射功率模块的选择和评定 …………………………………5
2.2.2 解剖以色列M2A胶囊型内窥镜 ………………………………………9
2.2.3 解剖金山公司的OMOM胶囊型内窥镜 ………………………………9
2.3 设计方案 ……………………………………………………………………11
2.4 各个模块功能子系统的设计 ………………………………………………12
2.4.1 光学镜头及照明系统的设计 …………………………………………12
2.4.2 图像采集和数据转换传输及外部存储部分设计 ……………………13
2.4.3 图像传感器选型和设计 ………………………………………………14
2.4.4 OV7660图像传感器的配置 ……………………………………………14
2.4.5 图像采集和数据转换传输部分设计 …………………………………15
2.5 胶囊内系统的主要硬件 …………………………………………………17
2.5.1发射芯片 NRF24LE1介绍 ………………………………………………17
2.5.2 OV7660图像传感器介绍 ………………………………………………18
2.6 遇到的问题和解决的办法 ………………………………………………19
2.6.1 NRF24LE1无线通信软件流程设计 ……………………………………19
2.6.2 体内发送端软件流程 …………………………………………………19
2.6.3 OV7660图像数据采集硬件设计的思路和要点 ………………………21
2.6.3.1 硬件连接 ……………………………………………………………21
2.6.3.2 图像采集的工作过程 ………………………………………………21
2.6.3.3 CMOS图像传感器SCCB总线协议 ……………………………………23
2.7 系统软件部分的设计 ……………………………………………………25
2.7.1 体内部分软件流程图 …………………………………………………25
2.7.2 体外部分软件流程图 …………………………………………………27
2.7.3 OV7660 的SCCB配置程序 ……………………………………………27
2.7.4 NRF24LE1发射芯片源程序 ……………………………………………28
3 实验结果及分析 ………………………………………………………30
3.1 系统功率分析 ……………………………………………………………30
3.2 图像信号分析 ……………………………………………………………31
4 结束语 ………………………………………………………………32
5 结论 …………………………………………………………………32
参考文献 …………………………………………………………………33
附 录 ……………………………………………………………………34
附录一、以色列M2A内窥镜解剖原理图 ……………………………………34
附录二、NRF24LE1发射芯片资料 ……………………………………………35
附表三、摄像头规格说明 ……………………………………………………37
附录四、摄像头时序控制图 …………………………………………………39
附录五、内窥镜设计电路原理图（添加内存模块） ………………………41
附录辣、内窥镜电路原理图 …………………………………………………42
附录七、SCCB配置文件 ……………………………………………………43
附录八、NRF24LE1芯片main.c部分 ………………………………………48
谢 辞 ……………………………………………………………………51
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