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1、传感器光强节点引言农业生产、气象环保等工作中，光照强度是环境监测中的重要参数；尤其是在 温室大棚中，光强对作物有着决定性的作用。为了实现对光强的监测，本文选 用高速、可编程芯片TSL2561作为光强传感器，对光照强度进行测量。微处理 器采用英国Jennie公司推出的高性能、低功耗、高速率无线芯片JN5139。该 芯片集处理器、收发器于一体，通过无阻塞设计大大提高了 CPU利用率，与传 统的有线设备相比，具有灵活性高、本钱低、可维护性高等优点。1 TSL2561的内部结构及工作原理TSL2561是TAOS公司推出的第二代光强数字转换芯片，具有高速、低功耗、宽 量程、可编程灵活配置等优点。TSL2
2、561具有直接12c接口，用于将光照强度 转换成数字信号输出。其内部结构如图1所示。INTSCLSDATSL2561TSL2561内部结构TSL2561内部连接一个光敏二极管（通道0）和一个红外响应光敏二极管（通道 1）o这个集成电路具有提供20位动态范围内近适光响应的能力。两个集成的 积分式A/D转换器，可将光敏电流转换成一个数字输出，并存入芯片内部通道 0和通道1各自的寄存器中。数字输出表示测量每一个通道的光强，可以是微 处理器的输入。TSL2561可直接通过12c总线协议由微控制器访问，微控制器 那么通过对其内部的16个寄存器的读写来实现对TSL2561的控制。2硬件设计微处理器采用Je
3、nnie公司推出的高速率、低功耗、低本钱JN5139无线SoC芯 片。该芯片集成了一个32位RISC处理器，可充分兼容2.4 GHzIEEE802. 15. 4收发器，具有192 KB的ROM和89 6 KB内可选的RAM,提供 丰富的模拟量和数字外围设备接口。JN5139芯片带有12c总线控制器，只需将 该总线的时钟线和数据线直接与TSL2561的12c总线的SCL和SDA线分别相连。J2KATTIN414?! DIO7Hvcc XVC电源二 4I I vexJPI riyVCC TADCS DAC1 DAC2-r-COMPfcomp-ADC挤ADC2 耕 AIX J 22561SEICI.
4、Kvcc理vccSPISV, 色。od & 一 008080 P*- 二 一SPISWP 1)1034 PI SENDI3WRXQ警 l*)IKTKDi 并 DIO!8/RTSI 也 DIOI7/CTS1441 DIO】6*D1UZ5IF。昧 DIOMZSlF CLK Jg-Kl.xi IN*JN5I39T 3V图2 光强传感基电路DfOl3/TMI OUi (JIOIllMrCA4 3 3V如图2所示，光强传感器电路主要由SoC芯片、电源、状态指示LED电路、复 位电路、Flash写控制电路、光强传感器以及去耦电路组成。该电路大大降低 了设计的复杂性。同时，为了使光线均匀分布在传感器上，本设
5、计在TSL2561 上加了一个半球状菲涅尔透镜，可将红外线有效地集中到传感器上，从而适当 降低照射到传感器上的光照强度，不会超过设定的阈值。3软件设计TSL2561是一个数字传感器，输出信号符合12c总线标准。该总线支持以字节 方式发送和接收数据。字节方式发送数据格式如下：11811从地址 Wr A 命4从地址 Wr A 命4字节方式接收数据格式如下:171181 工s 从地址 Rd： A 数抄 a P其中，A为应答信号，。表示响应（ACK） , 1表示不响应（NACK） ； S为启动信 号；P为停止信号；Wr为写（低电平有效）；Rd为读（高电平有效）。非阴影 局部为控制器到传感器；阴影局部为
6、传感器到控制器。I2C总线的SDA线和SCL线是双向线路，当总线空闲时，这两条线都是高电平。 SDA线上的数据必须在时钟的高电平周期保持稳定，数据线的高或低电平状态 只有在SCL线的时钟信号是低电平时才能改变。12c总线的起始和停止条件分 别是：当SCL线是高电平时，SDA线从高电平向低电平切换表示起始条件；SDA 线由低电平向高电平切换表示停止条件。由于12c总线上的数据是以8位传送 的，为确保发送器发送的每个字节都被接收器收到，在第9个时钟脉冲期间， 数据线被释放，由接收器反应一个确认信号。确认信号为低电平时，规定为有 效确认位（用ACK表示），表示接收器已经成功地接收了该字节；确认信号为
7、 高电平时，规定为非确认位（用NACK表示），表示接收器接收该字节没有成功。I9 19scnJUUUUUUUUUULnJUUUUULT 您祕能吹网阳双传妙赳 / 上机人;动TSL256I响应TSL2561响应卜一12c从地址字节-工 . 命令字节 一1 主机停止图3 字节方式发送取搪时序图19 I9scQUUUUUULJULnJUUUUUULO主机B动主机响应主机不响应卜一 11c从地址字节-J二 TSL2S6I发送数据 T停止图4 字节方式接收敛据时序图JN5139向TSL2561发送的时序图如图3所示。JN5139接收TSL2561发送来的数 据时序如图4所示。JN5139与TLS2561
8、之间数据传输的流程如图5所示。首先, JN5139建立启动信号，启动12c总线；然后，两者之间开始发送传输数据，并 在第9个时钟脉冲期间反应确认信号，直到数据传输结束，释放SDA线，停止 I2C总线。启动12c总线发送数据释放数据线，反应信腌JN5I39停止PC总线N据传输流程N据传输流程4MATLAB 仿真A / D转换完成后，分别从通道0和通道1各自的寄存器中读取相应的值CHO和 CHL并根据芯片相关资料进行计算，换算成Lux为单位的量。假设CHO读取的 值为P1 （单位为Lux） , CH1读取的值为P2 （单位为Lux）,光强测量仪的测 量值为P。为了将两通道的值拟合成一个与实际光强相同的值（用P表示）， 可通过一条曲线来求出P与Pl、P2之间的关系。设曲线方程为：P= GPj+c2P2+C3IS根据测量数据，求出系数CoC4,即可计算出光强传感器测得的光强。光强传 感器的测量值与光强测量仪的测量值相比拟如图6所示。结语本文基于光强传感器TSL2561和微处理器JN5139设计的光强传感器节点，具有 外围电路简单、稳定性高等优点，并且采用无线化传输，用途十分广泛。