基于TSL2561的无线光强传感器节点设计

2010-07-24 09:14:33来源: 电子工程世界

 

  摘要: 环境监测参数中,光照强度是一个重要指标。本文选用光强传感器TSL2561和JN5139无线芯片,设计了一种光强传感器节点,给出了具体的软硬件设计,并进行了MATLAB仿真。

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Jennic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、成本低、可维护性高等优点。

1  TSL2561的内部结构及工作原理

  TSL2561[1]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。TSL2561具有直接I2C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[2]所示。

  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)。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I2C总线协议由微控制器访问,微控制器则通过对其内部的16个寄存器的读写来实现对TSL2561的控制。


  图1  TSL2561内部结构图

2  硬件设计

  微处理器采用Jennic公司推出的高速率、低功耗、低成本JN5139无线SoC芯片[3]。该芯片集成了一个32位RISC处理器,可充分兼容2.4 GHz IEEE 802.15.4收发器,具有192 KB的ROM和8~96 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I2C总线控制器,只需将该总线的时钟线和数据线直接与TSL2561的I2C总线的SCL和SDA线分别相连。

  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[4],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。


  图2  光强传感器电路


3  软件设计

  TSL2561是一个数字传感器,输出信号符合I2C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:


  字节方式接收数据格式如下:


  其中, A为应答信号,0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)。非阴影部分为控制器到传感器;阴影部分为传感器到控制器。

  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[5]。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。I2C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I2C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,由接收器反馈一个确认信号。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。

  

[1] [2]

关键字:TSL2561  JN5139  I2C  总线

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2010/0724/article_2813.html
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