基于TSL2561的无线光强传感器节点设计

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。
关键词：TSL2561；JN5139；I2C总线

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所示。

TSL2561内部连接一个光敏二极管(通道O)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O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。

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。该芯片集成了一个32位RISC处理器，可充分兼容2．4 GHz IEEE802．15．4收发器，具有192 KB的ROM和8～9 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。