无线胶囊内窥镜系统设计 第12页3 实验结果及分析
3.1 系统功率分析
为了实现系统的微功耗要求,因此系统电路的整体功率匹配就显得很重要。表3-1列出了系统所选元器件的各项参数,并进行功率计算和校核。
因为胶囊要在人体内部工作6~10h,而且胶囊的体积又受到严格的限制,携带的电力非常有限,因此整体电路的功率匹配就显得尤为重要。由系统工作的软件流程图2-16和图2-17可以得知,系统工作耗电最大状态为CMOS传感器在有LED照明状态下进行拍照,此时系统中的最大电流为:
IMAX=IC+IL+IU （3-1）
式中,IC=48mA,为COMS 图2-17系统工作时序图传感器工作电流;IL=20mA，为LED工作电流；IU=3mA,为CPU工作电流。从式(3-1)得IMAX=71mA。所携带的电池能量应该满足以下公式:
PMAX=PC+PL+PU+PT （3-2）
式中,PC为CMOS传感器消耗功率, 1fps时PC=2.8×48÷30=4.48mW；PL为LED照明消耗功率,1fps时为PL=2×1.8×20÷30=2·4mW；PU为CPU工作消耗功率, 1fps时为PU=3×3=9mW;PT为RF发射模块消耗功率, 1fps时为PT=3×12=36mW。因此,从式(3-2)得:
PMAX=PC+PL+PU+PT=4.48+2.4+9+36=51.88mW （3-3）
采用纽扣电池CR1025，直径为10mm，高度图2-17各部件体积参考2.5mm，公称电压为3.0V，公称容量为30mAh，最大间断工作电流为5mA，四颗并联使用，最大可获得电容量为P=4×3×30=360mW,因此系统可工作的最长时间为:
T=P /PMAX=360÷51·88=6.9(h) （3-4）
各元件体积参考图附图。
表3-1 各元器件功率参数
Table 3-1 Parameters of the power components
模块 额定电压/V 额定电流/mA 额定功率/mW 实际功率/mW
0V7660 2.8 20(30fps) 134．4 1. 67（1fps）
LED(4只) 1.8 20 72 4. 8
NRF24LE1 1.9~3.3 18 45 36
从表3-1中可以得到系统整体功耗为P=1.67+4.8+36+10.7=53.17(mW),而在实验测量中测的实际功耗为55 mW,其功耗只相当于模拟采集系统的一半。因此,通过对以上功率的分析,证明了此系统方案达到了低功耗的要求。
3.2 图像信号分析
在实验中,我们对前端数据采集和传输系统分别进行调试,利用数字示波器采集其输出信号,以证明系统各部分硬件的正常工作,如下图3-1所示。
图3-1 数字信号波形
Fig 3-1 Digital Signal Waveform
图3-1为CMOS图像传感器OV7660上电后,在驱动程序的控制下以CIF格式输出的场、行、点时钟及8位并行的彩色数字信号。其中D0—D7表示8位数字信号,D8表示行同步信号,D9表示场同步信号,D10表示点时钟同步信号,其频率为24MHz。该图符合典型的同步信号时序波形,从而证明了CMOS图像传感器OV7660调试成功,处于正常工作状态。
4 结束语
用NRF24LE1控制OV7660的数据采集系统性能良好，这种信号采集方法适合应用在内窥镜对速率要求不高，追求高性价比的场合，以最简单的方式构建系统。本系统已实现了SCCB总线的写功能，读功能需要一个更严格的时序，由于NRF24LE1内置单片机的I/O口速度较慢难以实现。另外，NRF24LE1的时钟频率只有2.4MHz左右，信号的同步是个难题，可以考虑在接收端再加上一个内存以实现严格的信号同步。
总而言之，本系统具有两大特点：一是体积微小，两块体积4*4mm微小的芯片直接耦合而成，极大减少了体内胶囊部分体积，给病人减少痛苦。二是先进性，该系统采用的发射芯片是目前最先进最小功耗发射芯片，可以实现双工模式，具有某些方面的功能拓展和产品升级研发空间。
5 结论
本文研究了应用于胶囊内窥镜系统的无线图像传输技术,讨论无线图像传输子系统的设计原则,并提出了一种方案。该方案基于NRF24LE1和OV7660两款芯片,系统尺寸小、功耗低,能够完整的传输图像信号,性能可靠,为胶囊内窥镜系统的研究提供提供了一定的参考和理论依据。
胶囊内窥镜的无线图像传输子系统与控制系统是和密切相关的,因此在本文的基础上,将无线图像传输技术与控制系统结合起来,使系统不但能传输图像信号至体外,也可以从体外传输控制信号到胶囊,这样,胶囊的无线传输技术将更加完善。
参考文献：
[1] 孙同晶《电子内窥镜医学影像系统的设计与实现》[D]---- 哈尔滨工程大学
[2] 张崇,于晓琳,刘建平《单片2.4GHz无线收发一体芯片nRF2401及其应用》[D] 《国外电子元器件》[J]2004年第6期
[3] 何军 李洁 黄体《内检测数字电路CMOS发射模块设计研究》[D] 《现代制造工程》 2005（2）
[4] 谢 翔 李国林 张 春 王志华《一种双向、数字式微型无线内窥镜系统设计》[D] ---(清华大学电子工程系,北京,100084)--《固体电子科学研究与进展》第27卷第一期 2007年2月
[5] 曾昭瑞 刘修泉 张 炜 黄 平《体内无线式内窥镜胶囊视频图像采集系统的设计》[D]---(华南理工大学机械工程学院,广州510640)---《科学技术与工程》第7卷第20期 2007年10月
[6] 张艳辉 黄战华 蔡怀宇《胶囊式内窥镜无线图像传输技术的研究》[D]--- --《北京生物医学工程》 第25卷第6期 2006年12月 中图分类号 R318·04文献标识码A文章编号1002-3208 (2006) 06-0623-04
[7] nRF24LE1 Preliminary Product Specification [EB/OL]
http://down.elecfans.com/dm/elec/nRF24LE1_Preliminary_Product_Specification_v1.1.pdf NRF24LE1电子资料
[8] OV7660/ov7161 coms VGA(OmniPixel TM) CAMERACHIP TM proprietary to OmniVision Techonloies Version 1.91,January 24,2005 [EB/OL]
http://pdf.dzsc.net.cn/88888/2006979316377.pdf OV7660资料
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