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

　　該單片機(jī)可以不使用外部晶振，采用內(nèi)部數(shù)字控制時(shí)鐘系統(tǒng)便能正常工作，進(jìn)一步簡化了外圍電路的設(shè)計(jì)工作。同時(shí)，該型號單片機(jī)還帶有SPI通信模塊，可以方便地實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的SPI通信，如與無線通信模塊的通信^[6]。

　　1.3 無線通信模塊設(shè)計(jì)

　　無線通信模塊的作用主要是將照度計(jì)節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)無線方式發(fā)送到監(jiān)控中心。考慮到整個(gè)無線照度計(jì)節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一采用3.3V供電電壓，并要求整個(gè)系統(tǒng)具有低功耗的特點(diǎn)，因此在無線通信模塊的設(shè)計(jì)中，挑選了Nordic Semiconductor公司的同為3.3V供電，并具有低功耗模式的NFR24L01芯片。該芯片采用2.4GHz通信頻率，實(shí)現(xiàn)單芯片無線收發(fā)作業(yè)。2.4GHz為全球開放的ISM頻段，無需許可證便可使用。該芯片包括以下特點(diǎn)：MultiCeiverTM硬件提供同時(shí)6個(gè)接收機(jī)的功能，能達(dá)到2Mbit/s的高速無線傳輸速率，極大地降低了無線傳輸中的碰撞現(xiàn)象。增強(qiáng)的ShockBurstTM收發(fā)模式和串行接口可便于和各種MCU連接，可選擇采用SPI方式與單片機(jī)進(jìn)行通信。此外20腳4×4mm QFN封裝方式，所需的外圍元件也非常少，便于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的小型化。NFR24L01芯片另一個(gè)最大的特點(diǎn)是采用低功耗解決方案，在2Mbit/s速率下收發(fā)的峰值電流分別為12.5mA和11mA，待機(jī)模式下功耗僅32uA，并能實(shí)現(xiàn)快速喚醒和模式切換^[7]。無線通信模塊的原理圖如圖6所示。

　　在無線通信模塊設(shè)計(jì)中，除了供電部分外，需要外接一個(gè)16MHz外部晶振，此外在外接天線時(shí)需配置相應(yīng)的電感。此外NFR24L01與單片的通信采用SPI方式。

　　2 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　無線照度計(jì)節(jié)點(diǎn)的主要功能是采集被測環(huán)境的光照強(qiáng)度，并通過無線通信模塊將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心。因此軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是對模擬信號的采集和對無線通信模塊的控制兩方面，并要求兼顧低功耗的需求。

　　2.1 A/D功能模塊設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)中采用MSP430G2553內(nèi)建的10位A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)對LX1971可見光傳感器輸出信號的采集。MSP430G2553內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換器為逐次逼近型(SAR)AD轉(zhuǎn)換器，可以通過軟件設(shè)置該AD轉(zhuǎn)換器的采樣以及參考源。高達(dá)200KSPS的采樣轉(zhuǎn)換率和10位的精度，針對可見光這樣變換頻率較低的信號進(jìn)行采集已足夠。其參考源可以選擇片上參考電壓(1.5V或2.5V)，在本設(shè)計(jì)中采用片上2.5V參考源。該功能模塊軟件流程圖如圖7所示。

　　為了進(jìn)一步減少系統(tǒng)的功耗，同時(shí)考慮到光線照度的變化較為緩慢，因此每隔2分鐘對光照強(qiáng)度進(jìn)行一次采集，期間CPU被設(shè)置為休眠模式;即便是在AD進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換過程中，也可將CPU設(shè)置為休眠模式，進(jìn)一步減少能耗，只在AD完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后啟動CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存和下一步的操作。