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无线胶囊内窥镜系统设计 第8页

更新时间:2014-6-29:  来源:毕业论文

无线胶囊内窥镜系统设计 第8页
2.5.2 OV7660图像传感器介绍
 目前图像传感器主要分为两类:CMOS图像传感器和CCD图像传感器。CMOS集成度高,系统简单,功耗低;而CCD集成度低,系统复杂,功耗相对较高。数字图像传感器与模拟信号输出图像传感器的区别在于:数字图像信号传输数据量巨大,传输速度慢,要实现实时或者快速的无线传输非常困难,且外围电路往往需要专用芯片的设计才能适应微体积和超低功耗的要求,系统较复杂;模拟图像传感器能输出模拟图像,带复合视频输出端子,信号有PAL制式和NTSC制式,系统工作较快,比较简单可靠。结合实验室的实际情况,选择ov7660传感器,其相关参数见表2-2:
表2-2 OV7660图像传感器规格
Table2-2 OV7660 image sensor specifications
规格 性能与数值
色彩 彩色
像素数 NTSC 510×49
图像大小 4.00mm×3.08mm
最低照明度(3000k) 2.0 lx
封装及尺寸 28脚LCC,11.4mm×1.4(对角距离16.1mm)
额定功率(标准负载) 175mW
详情见附表(三)
2.6 遇到的问题和解决的办法:
2.6.1 NRF24LE1无线通信软件流程设计
nRF24LE1数据帧格式nRF24LE1工作于DirectMode方式下,本系统采用的数据帧格式如表2-3所示。

表2-3 通信数据帧格式
Table 2-3 communication data frame format
标志序列(PREAMBLE) 地址(ADDRESS) 数据(PAYLOAD)
为了保证接收的准确性,地址采用5 B,详细的数据帧格式说明见参考文献[7]。
2.6.2 体内发送端软件流程
发送端软件流程的设计要考虑以下几个方面:
(1)由于摄像头采集的图像数据是以固定的周期不间断的送往单片机,因此要在单片机内部开辟一个缓存区来存储待发送的数据。
(2)因为nRF2401工作于DirectMode方式, DA-TA引脚上数据时序要求非常严格,要求每次发送数据的时间间隔至少在200μs左右,而且数据的波特率要严格要求为1Mb/s。
(3)由于摄像头是不间断地采集图像数据的,所以在发送已经存储的数据的同时还要将摄像头送来的数据保存。这就要求存储数据和发送数据要精准的时序配合,由于摄像头送来的数据是以字节为单位的,于是只要选择一个合适的摄像头采集数据的周期就可以利用采集数据的时间间隔来发送待发送数据。
考虑到单片机的处理速度和程序实现的复杂度,体内发送部分的程序方案如下:
选定摄像头采集图像数据的频率为100 kHz(即每个字节的持续时间为10μs),在C8051F311内部集成的1 KB的外部数据存储区,开辟2个250 B缓存区用来交替存储摄像头传送的图像数据,这样可以实现将数据保存在一个缓存区的同时发送另一个缓存区的数据。无线发送以250 B(即2 000 bit)为一个数据包进行发送。依照上述的时间数据计算可以发现,在发送一个缓冲区数据结束时,令一个缓冲区数据还没有写满,这样就满足了上述几点要求。于是程序流程图如图2-11所示。
图2-11 NRF24LE1程序流程图
Fig 2-11 course Flow chart
2.6.3 OV7660图像数据采集硬件设计的思路和要点
系统功能是应用NRF24LE1芯片的I/O口对OV7660图像数据进行采集,然后进行相应的处理和识别。OV7660包含有8位数据D0-D7、同步信号VSYNC、HREF、PCLK,这些信号需要送给CPU以读取图像数据和保证同步;另一方面,由于OV7660默认帧频为30Hz,在此帧频下的图像数据输出为30Hz*307.2K=9.216Mbytes/s,QVGA方式的数据率为30Hz*76.8K=2.3Mbytes/s,在不考虑同步的情况下已远远超过I/O口的响应速度,因此必须重新设置以降低帧频。因此,在本系统中对OV7640的访问有三个:第一是设置地址号为0x11的帧频控制器CLKRC以降低帧频,第二是设置地址号为0x14的控制器COMC以设置像素为320*240,最后是设置地址号为0x28的COMH以设置扫描格式。从信号的使用角度来说,需要用到OV7640的8位数据线D0-D7(双向),同步信号VSYNC、HREF、PCLK(单向,供控制器读),SCCB总线SIO_C(单向)、SIO_D(双向)。
2.6.3.1 硬件连接
由于NRF24LE1板上集成80C51单片机I/O口,8位并行数据线和控制线都可以接在IO口上,设置好输入输出关系,通过软件模拟SCCB总线实现控制器对OV7660的控制。连接采用NRF24LE1为主机,OV7660为从机的方式。在设置完帧频以后就可以根据同步信号对一帧一帧的图像进行采集了。
系统连接图如附录四所示。

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