基于MSP430無(wú)線(xiàn)照度計節點(diǎn)的設計

　　該單片機可以不使用外部晶振，采用內部數字控制時(shí)鐘系統便能正常工作，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了外圍電路的設計工作。同時(shí)，該型號單片機還帶有SPI通信模塊，可以方便地實(shí)現與外圍設備的SPI通信，如與無(wú)線(xiàn)通信模塊的通信^[6]。

　　1.3 無(wú)線(xiàn)通信模塊設計

　　無(wú)線(xiàn)通信模塊的作用主要是將照度計節點(diǎn)采集到的數據經(jīng)無(wú)線(xiàn)方式發(fā)送到監控中心?？紤]到整個(gè)無(wú)線(xiàn)照度計節點(diǎn)統一采用3.3V供電電壓，并要求整個(gè)系統具有低功耗的特點(diǎn)，因此在無(wú)線(xiàn)通信模塊的設計中，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)現單芯片無(wú)線(xiàn)收發(fā)作業(yè)。2.4GHz為全球開(kāi)放的ISM頻段，無(wú)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)接收機的功能，能達到2Mbit/s的高速無(wú)線(xiàn)傳輸速率，極大地降低了無(wú)線(xiàn)傳輸中的碰撞現象。增強的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)現設計的小型化。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，待機模式下功耗僅32uA，并能實(shí)現快速喚醒和模式切換^[7]。無(wú)線(xiàn)通信模塊的原理圖如圖6所示。

　　在無(wú)線(xiàn)通信模塊設計中，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(xiàn)時(shí)需配置相應的電感。此外NFR24L01與單片的通信采用SPI方式。

　　2 軟件系統的設計

　　無(wú)線(xiàn)照度計節點(diǎn)的主要功能是采集被測環(huán)境的光照強度，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信模塊將數據上傳至監控中心。因此軟件系統的設計主要是對模擬信號的采集和對無(wú)線(xiàn)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功能模塊設計

　　本設計中采用MSP430G2553內建的10位A/D轉換器實(shí)現對LX1971可見(jiàn)光傳感器輸出信號的采集。MSP430G2553內部的AD轉換器為逐次逼近型(SAR)AD轉換器，可以通過(guò)軟件設置該AD轉換器的采樣以及參考源。高達200KSPS的采樣轉換率和10位的精度，針對可見(jiàn)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)，在本設計中采用片上2.5V參考源。該功能模塊軟件流程圖如圖7所示。

　　為了進(jìn)一步減少系統的功耗，同時(shí)考慮到光線(xiàn)照度的變化較為緩慢，因此每隔2分鐘對光照強度進(jìn)行一次采集，期間CPU被設置為休眠模式;即便是在A(yíng)D進(jìn)行采樣和轉換過(guò)程中，也可將CPU設置為休眠模式，進(jìn)一步減少能耗，只在A(yíng)D完成數據轉換后啟動(dòng)CPU進(jìn)行數據的保存和下一步的操作。