基于TSL2561的無線光強傳感器節點設計

摘要：環境監測參數中，光照強度是一個重要指標。本文選用光強傳感器TSL2561和JN5139無線芯片，設計了一種光強傳感器節點，給出了具體的軟硬件設計，并進行了MATLAB仿真。
關鍵詞：TSL2561；JN5139；I2C總線

引言
農業生產、氣象環保等工作中，光照強度是環境監測中的重要參數；尤其是在溫室大棚中，光強對作物有著決定性的作用。為了實現對光強的監測，本文選用高速、可編程芯片TSL2561作為光強傳感器，對光照強度進行測量。微處理器采用英國Jennic公司推出的高性能、低功耗、高速率無線芯片JN5139。該芯片集處理器、收發器于一體，通過無阻塞設計大大提高了CPU利用率，與傳統的有線設備相比，具有靈活性高、成本低、可維護性高等優點。

1 TSL2561的內部結構及工作原理
TSL2561是TAOS公司推出的第二代光強數字轉換芯片，具有高速、低功耗、寬量程、可編程靈活配置等優點。TSL2561具有直接I2C接口，用于將光照強度轉換成數字信號輸出。其內部結構如圖1所示。

TSL2561內部連接一個光敏二極管(通道O)和一個紅外響應光敏二極管(通道1)。這個集成電路具有提供20位動態范圍內近適光響應的能力。兩個集成的積分式A／D轉換器，可將光敏電流轉換成一個數字輸出，并存入芯片內部通道O和通道1各自的寄存器中。數字輸出表示測量每一個通道的光強，可以是微處理器的輸入。TSL2561可直接通過I2C總線協議由微控制器訪問，微控制器則通過對其內部的16個寄存器的讀寫來實現對TSL2561的控制。

2 硬件設計
微處理器采用Jennic公司推出的高速率、低功耗、低成本JN5139無線SoC芯片。該芯片集成了一個32位RISC處理器，可充分兼容2．4 GHz IEEE802．15．4收發器，具有192 KB的ROM和8～9 6 KB內可選的RAM，提供豐富的模擬量和數字外圍設備接口。JN5139芯片帶有I2C總線控制器，只需將該總線的時鐘線和數據線直接與TSL2561的I2C總線的SCL和SDA線分別相連。

如圖2所示，光強傳感器電路主要由SoC芯片、電源、狀態指示LED電路、復位電路、Flash寫控制電路、光強傳感器以及去耦電路組成。該電路大大降低了設計的復雜性。同時，為了使光線均勻分布在傳感器上，本設計在TSL2561上加了一個半球狀菲涅爾透鏡，可將紅外線有效地集中到傳感器上，從而適當降低照射到傳感器上的光照強度，不會超過設定的閾值。