基于MSP430無線照度計節點的設計

　　該單片機可以不使用外部晶振，采用內部數字控制時鐘系統便能正常工作，進一步簡化了外圍電路的設計工作。同時，該型號單片機還帶有SPI通信模塊，可以方便地實現與外圍設備的SPI通信，如與無線通信模塊的通信^[6]。

　　1.3 無線通信模塊設計

　　無線通信模塊的作用主要是將照度計節點采集到的數據經無線方式發送到監控中心。考慮到整個無線照度計節點統一采用3.3V供電電壓，并要求整個系統具有低功耗的特點，因此在無線通信模塊的設計中，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，實現單芯片無線收發作業。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：MultiCeiverTM硬件提供同時6個接收機的功能，能達到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象。增強的ShockBurstTM收發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，便于實現設計的小型化。NFR24L01芯片另一個最大的特點是采用低功耗解決方案，在2Mbit/s速率下收發的峰值電流分別為12.5mA和11mA，待機模式下功耗僅32uA，并能實現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。

　　在無線通信模塊設計中，除了供電部分外，需要外接一個16MHz外部晶振，此外在外接天線時需配置相應的電感。此外NFR24L01與單片的通信采用SPI方式。

　　2 軟件系統的設計

　　無線照度計節點的主要功能是采集被測環境的光照強度，并通過無線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功能模塊設計

　　本設計中采用MSP430G2553內建的10位A/D轉換器實現對LX1971可見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，針對可見光這樣變換頻率較低的信號進行采集已足夠。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。

　　為了進一步減少系統的功耗，同時考慮到光線照度的變化較為緩慢，因此每隔2分鐘對光照強度進行一次采集，期間CPU被設置為休眠模式;即便是在AD進行采樣和轉換過程中，也可將CPU設置為休眠模式，進一步減少能耗，只在AD完成數據轉換后啟動CPU進行數據的保存和下一步的操作。