内窥镜胶囊(胶囊内镜/胶囊内窥镜)硬件方案

前言

说明：该方案为作者2018年上半年完成的第一版，后来搁置了一段时间，才重启这个项目。目前（2020.07）第二版已经快要完成。[联系v：1#7#6#3#3#3#5#0#8#7#0]先给一下第一版和第二版的基本参数。

第一版：
续航时间：3h
帧率：0.5fps
尺寸：12mm * 25mm
角度：45°

第二版：
续航时间：12h
帧率：2-6fps
尺寸：9.8mm * 25mm
角度：130°

第一版属于尝试版，整体方案不是很成熟。第二版这个数据就非常优秀了。我拿了国外的几家厂商的数据来做对比，大家可以感受一下。

好了，下面就详细介绍一下第一版的方案。让我们开始

1．整体方案介绍

内窥镜胶囊目前全球主要有6家公司。

核心就是硬件+PC端软件。PC端的方案比较简单，一个常规软件，随便找个外包，一个月就能搞定。那些说什么AI智能诊断的，个人觉得，目前基本都不靠谱，而且IBM已经给我们上了一课关于智能医疗那些事儿。就实用性来说，做一下类似图片去重，然后压缩成视频，一个经验丰富的医生，阅片速度也是很快的。当然，AI诊断虽然不太靠谱，但是好看啊。而且，智能识图，用来发论文他不香吗？

难点在于硬件端。

硬件端我们可以分成三个部分：
a. 采集（获取RGB或者YUV格式数据）
b. 压缩（将图片压缩成JPEG）
c. 无线传输。

有人说，我只采集不压缩，然后传输原图行不行？当然不行，原图的数据量非常大的（举个例子，一张320*240的图片，RGB565格式能达到150KB，压缩成JPEG以后，只有10K不到），另外，我们从简单的物理常识就能知道，在芯片内部处理的损耗肯定低于无线传输损耗。所以一定是要压缩的。我最开始也想着不压缩，直接用蓝牙传输RGB565数据，结果半小时就没电了。

我接下来从三个方面讲一下方案的基本框架。

1.1处理器

先说说使用的核心芯片，也就是主控芯片。我最开始使用的是stm32l4系列。原因在于功耗低，同时也有DCMI接口，方便采集摄像头数据。但是l4系列有一个很大的问题，就是l4没法压缩图片，这里就回到了我刚刚说的问题，不压缩图片，会在传输方面消耗大量的能耗。

经过一段时间的摸索，我第一版选用了stm32h7x3系列。除了DCMI接口和小体积以外，主要原因还有两个：A.h7x3系列属于物联网低功耗型，在功耗方面是有一定优势的。B.该系列有一个很硬的功能 – 硬件JPEG，该功能可以直接使用硬件对YUV的数据做压缩（如果是RGB的话，需要先转成YUV）。而且速度超快，一张320*240的图片，5ms以内就能压缩完成。到此，一个完整的图片数据处理就完成了：DCMI采集，得到YUV数据—>硬件PJEG压缩，得到JPEG图片数据（每张图10KB以内）。下面是官方给的功能说明：

1.2.摄像头

摄像头这个部分，因为我没太多的CMOS方面的资源，当时选了OV的一个型号。托朋友介绍了一个模组厂，帮忙定制了一批模组。然后，，，就没有然后了，然后就正常使用。
第二版我没有用OV的摄像头了，找了一款吊炸天的摄像头，超低功耗，而且响应速度极快（一般的摄像头配置完成后，会有一定时间的延时，比如我用的OV这一块，延时就挺明显，达到了200ms，这也是为什么我的帧率只有0.5fps，大哭）。
摄像头没有太多可说的了，也不太方便说。这个板块的突破也是第二版的核心突破。

1.3 无线射频

先总的来说：射频我最开始用的蓝牙，到第一版正式版的时候我用了nrf24l01.

射频这一块也走了一些弯路，最开始我用的蓝牙（我感觉很多人一开始都会用蓝牙，捂脸笑）。主要是因为蓝牙功耗低，而且实际传输速率高，我自己用nrf52840（CKAA的封装，体积超小，4mm*4mm）做了原始版，实测传输速率可以达到156KB/S，这个速度确实诱人。但是，，问题来了，蓝牙方案有一个致命的缺点：蓝牙长连接是比较耗电的，如果想保持快速响应数据传输，就需要长连接或者能立即从断开状态回到连接状态。长连接已经不可能了，那么从断开状态到连接状态需要多久了？这个，比较魔幻，我在做测试的时候，连接时长非常不稳定，运气好的时候，50ms就能连接上，运气不好的话，需要200ms才能连接上，而且，最最致命的是，有的时候还会连接失败，然后，系统就一直等着。基于此，我在搞了半个月以后，也放弃了使用蓝牙传输。后面选用了Nrf24l01。

Nrf24l01的实际传输速率，我自己只做到了65KB/S，我去各大论坛上看了一圈，好像也没有比我高的了（嘚瑟）。他的核心优势在于不需要连接，直接就能传输。一张JPEG的图片是8KB左右，那么我传输一张图，就只需要120ms。虽然看着这个时间是长了点，但是确实稳定，如狗一般稳，而且还不用担心连接失败的问题。

我在第二版中，把无线传输的速率提到了125KB/S。这个速率，基本比蓝牙低不了太多了，而且是非常稳定地传输，稳比快更重要。

1.4 电池

电池用的是927氧化银电池。之所以不用其他电池，是因为氧化银电池内阻大，即使短路了也不会爆炸，甚至都不会发热。吃到肚子里的东西，马虎不得。

1.5 总结

总结一下。

第一版，属于个人尝试版，摄像头使用OV的，处理器使用stm32h7x3，然后射频使用nrf24l01，续航大约三个小时。
经过一年多的努力，第二版目前核心功能都已经完成，还有一些修修补补的地方，需要完善。

本系列还在持续更新中，由于第二版的完善需要投入大量的时间和其他一些商务上的原因，没有去做图片素材和视频素材，可能会使文章缺失一些色彩，会尽快补上。

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