基于MSP430無線照度計(jì)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

　　摘要：本文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了以MSP430單片機(jī)為核心控制器的無線照度計(jì)節(jié)點(diǎn)。該無線照度計(jì)節(jié)點(diǎn)采用LX1971可見光傳感器作為照度探測器，采用MSP430G2553作為控制核心，并通過NRF24L01無線通訊模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。實(shí)驗(yàn)表明，該無線照度計(jì)節(jié)點(diǎn)能準(zhǔn)確地測量相應(yīng)環(huán)境的光照強(qiáng)度，并具有低功耗的特點(diǎn)。

　　引言

　　照度計(jì)是測量環(huán)境光照強(qiáng)度的一種測量儀器。通常采用的照度計(jì)多為手持式，市場上常見如臺灣泰仕、美國福祿克以及優(yōu)利德等品牌。手持式照度計(jì)具有精度高、測量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)被測環(huán)境面積較大時，使用手持式照度計(jì)進(jìn)行測量將大大增大工作強(qiáng)度;同時，手持式照度計(jì)也無法實(shí)現(xiàn)對被測環(huán)境多點(diǎn)連續(xù)測量，為照明系統(tǒng)的統(tǒng)一控制帶來諸多不便。

　　隨著當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，很多研究工作者將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境光照強(qiáng)度的監(jiān)測之中^[1][2]。本文開發(fā)了一種基于LX1971可見光傳感器，以MSP430G2553單片機(jī)為核心的照度計(jì)，該照度計(jì)可以通過電池供電，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測環(huán)境的準(zhǔn)確和連續(xù)的測量。通過NRF24L01無線通訊模塊，實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的無線上傳。該無線照度計(jì)節(jié)點(diǎn)具有低功耗、測量準(zhǔn)確和無線通訊等特點(diǎn)，并能進(jìn)行組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對較大測量環(huán)境的長期統(tǒng)一監(jiān)控。

　　1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　本文設(shè)計(jì)的無線照度計(jì)節(jié)點(diǎn)主要實(shí)現(xiàn)對較大測量環(huán)境內(nèi)光照強(qiáng)度的監(jiān)測，如圖書館閱覽室大廳、大型會議室等室內(nèi)環(huán)境。并將測量數(shù)據(jù)通過無線傳輸方式發(fā)送到監(jiān)控中心，進(jìn)而對被測環(huán)境中照明系統(tǒng)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，以滿足照明強(qiáng)度要求。在該照度計(jì)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中，主要涉及到光照傳感器、控制核心和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的選擇和系統(tǒng)整合等。其方案原理框圖如圖1所示。

　　從圖中可以看出，電源系統(tǒng)為各功能模塊供電，光照傳感器將采集到的信息發(fā)送給核心控制器，核心控制器將獲取到的模擬信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過串行通信方式發(fā)送給無線模塊，再經(jīng)由無線模塊發(fā)送給監(jiān)控中心。

　　1.1 光照傳感器模塊設(shè)計(jì)

　　本文設(shè)計(jì)的無線照度計(jì)節(jié)點(diǎn)主要用于可見光的監(jiān)測，因此選擇了Microsemi公司的LX1971型寬量程可見光傳感器。該傳感器的頻譜響應(yīng)與人眼相似，其頻譜峰值響應(yīng)為520nm。對光照強(qiáng)度的測量范圍為0~25000Lux，光照強(qiáng)度與輸出電流間的關(guān)系，根據(jù)不同照度范圍可以用兩個公式表示^[3]，如式1所示。

　　LX1971光傳感器采用3.3V~5V供電，8腳MSOP封裝，采用電流輸出方式。該傳感器在整個測量范圍內(nèi)光照強(qiáng)度與輸出電流間的響應(yīng)關(guān)系^[3] ,如圖2所示。