基于TSL2561的無線光強(qiáng)傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

摘要：環(huán)境監(jiān)測(cè)參數(shù)中，光照強(qiáng)度是一個(gè)重要指標(biāo)。本文選用光強(qiáng)傳感器TSL2561和JN5139無線芯片，設(shè)計(jì)了一種光強(qiáng)傳感器節(jié)點(diǎn)，給出了具體的軟硬件設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了MATLAB仿真。
關(guān)鍵詞：TSL2561；JN5139；I2C總線

引言
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象環(huán)保等工作中，光照強(qiáng)度是環(huán)境監(jiān)測(cè)中的重要參數(shù)；尤其是在溫室大棚中，光強(qiáng)對(duì)作物有著決定性的作用。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)光強(qiáng)的監(jiān)測(cè)，本文選用高速、可編程芯片TSL2561作為光強(qiáng)傳感器，對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量。微處理器采用英國Jennic公司推出的高性能、低功耗、高速率無線芯片JN5139。該芯片集處理器、收發(fā)器于一體，通過無阻塞設(shè)計(jì)大大提高了CPU利用率，與傳統(tǒng)的有線設(shè)備相比，具有靈活性高、成本低、可維護(hù)性高等優(yōu)點(diǎn)。

1 TSL2561的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理
TSL2561是TAOS公司推出的第二代光強(qiáng)數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，具有高速、低功耗、寬量程、可編程靈活配置等優(yōu)點(diǎn)。TSL2561具有直接I2C接口，用于將光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

TSL2561內(nèi)部連接一個(gè)光敏二極管(通道O)和一個(gè)紅外響應(yīng)光敏二極管(通道1)。這個(gè)集成電路具有提供20位動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)近適光響應(yīng)的能力。兩個(gè)集成的積分式A／D轉(zhuǎn)換器，可將光敏電流轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)字輸出，并存入芯片內(nèi)部通道O和通道1各自的寄存器中。數(shù)字輸出表示測(cè)量每一個(gè)通道的光強(qiáng)，可以是微處理器的輸入。TSL2561可直接通過I2C總線協(xié)議由微控制器訪問，微控制器則通過對(duì)其內(nèi)部的16個(gè)寄存器的讀寫來實(shí)現(xiàn)對(duì)TSL2561的控制。

2 硬件設(shè)計(jì)
微處理器采用Jennic公司推出的高速率、低功耗、低成本JN5139無線SoC芯片。該芯片集成了一個(gè)32位RISC處理器，可充分兼容2．4 GHz IEEE802．15．4收發(fā)器，具有192 KB的ROM和8～9 6 KB內(nèi)可選的RAM，提供豐富的模擬量和數(shù)字外圍設(shè)備接口。JN5139芯片帶有I2C總線控制器，只需將該總線的時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線直接與TSL2561的I2C總線的SCL和SDA線分別相連。

如圖2所示，光強(qiáng)傳感器電路主要由SoC芯片、電源、狀態(tài)指示LED電路、復(fù)位電路、Flash寫控制電路、光強(qiáng)傳感器以及去耦電路組成。該電路大大降低了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。同時(shí)，為了使光線均勻分布在傳感器上，本設(shè)計(jì)在TSL2561上加了一個(gè)半球狀菲涅爾透鏡，可將紅外線有效地集中到傳感器上，從而適當(dāng)降低照射到傳感器上的光照強(qiáng)度，不會(huì)超過設(shè)定的閾值。