小型無線視頻傳感器設(shè)計(jì)(06-100)

　　前言

　　單片無線電技術(shù)的飛速發(fā)展，小型CMOS圖像傳感器和數(shù)字?jǐn)z像技術(shù)的改進(jìn)，造就了新一代無線圖像傳感器，即一種小型化(體積不足一立方寸)、自主的、高集成的成像器一種能高效，經(jīng)濟(jì)地感知環(huán)境，無線遙測(cè)圖像的傳感器。本文介紹的分布無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用的成像器，可廣泛地應(yīng)用于視頻監(jiān)控，醫(yī)學(xué)與化學(xué)分析，貨物跟蹤以及倉庫控制等領(lǐng)域。
 

　　圖像傳感器

　　市場(chǎng)上已有多種CCD與CMOS成像器和集成小型攝像機(jī)。雖然CCD有較高的信噪比，良好的圖像質(zhì)量，但CMOS有可能SoC集成，工作電流小，是一種低成本，低功耗器件，非常適合無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。典型的圖像SoC包括像素陣列，定時(shí)電路，模擬調(diào)理電路，A/D、DSP與數(shù)字接口電路。片上DSP主要用于圖像壓縮，如JPEG，同時(shí)亦具備實(shí)時(shí)與運(yùn)動(dòng)圖像的能力。DSP還可以對(duì)圖像流數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

　　本文使用的MT9D111是一個(gè)商品化、高品質(zhì)JPEG成像器，它的主要特性如表1所示。該款產(chǎn)品是以Digitalclanity技術(shù)為特色，不但把2百萬像素傳感器內(nèi)核和新一代圖像處理器集成在一塊單片電路上，而且能耗極低。雖然它的像素只有2.8mm見方，但內(nèi)部處理器可以執(zhí)行一系列修正和增強(qiáng)功能，如整體復(fù)位、像素整合、色彩的還原與修正、銳化、gamma修正以及自動(dòng)暗電流偏移修正、曝光、白平衡、透鏡暗電流修正和防閃光等，突破了像素越小，高品質(zhì)成像效果越難實(shí)現(xiàn)的難題。
  
　　天線

　　對(duì)無線傳感器來說，天線是一個(gè)重要部件，設(shè)計(jì)一種小型化(其幾何尺寸僅為波長的十分之一)而又有較高輻射效率的天線無疑是一個(gè)十分棘手的事。大家知道，常用的430MHz ISM頻段的波長為700mm，920MHz時(shí)，波長為300mm，只有到2.4GHz，波長才會(huì)減少到合適程度。

　　簡單地說，天線是一個(gè)L、C并聯(lián)諧振回路，電感用作輻射元件，諧振回路有一空損耗的，一般用Q=ωoL/R來表示，無線的有荷Q值在10~40之間。因此，電感線圈等效電路用一個(gè)純電感L與損耗電阻R和輻射電阻Rrad串聯(lián)來表示，Rrad近似地為：

　　Rrad≈20×(2π/λ)4×(NA)2

　　式中，λ為波長，A為線圈的面積，N為圈數(shù)。

　　設(shè)計(jì)一個(gè)小型化天線應(yīng)考慮如下因素：

　　·天線必須工作在或接近諧振頻率，否則會(huì)大幅度降低效率。

　　·輻射效率與天線面積成平方關(guān)系。

　　·為了降低天線阻擾，應(yīng)設(shè)置阻抗變換或匹配電路。