毕业设计（论文）-基于ZigBee的环境监控硬件设计.docx

分 类 号 学 号u200810842学校代码 10487 密 级 学士学位论文基于zigbee的粮仓环境测控硬件设计学位申请人： 学科专业：测控技术与仪器（精密仪器）指导老师： 答辩日期：2012年6月11日ii摘 要由于在一定的温度、湿度下，可以抑制虫、霉菌的生长；在一定的光照度以下，可以抑制粮食胚胎的发育，抑制粮食发芽。故在该设计中，采取控制粮仓的温度、湿度以及光照度来储存粮食。然而为保证粮仓的环境能稳定在一定的范围内，需要温度、湿度以及光照度控制终端和各种、各位置的传感器进行协调工作。所以本设计中就用到了zigbee无线通讯技术。通过zigbee，实现自动化控制数据传输，从而实现传感器与温控、光控等终端以及传感器与传感器之间的的协调工作，使粮仓的环境形成一定要求的平衡。本设计采用cc2530+cc2591的zigbee无线模块完成数据采集与处理以及通讯，采用ds18b20温湿度传感器来采集粮堆里的温度与湿度，采用tsl2561光照度传感器室内的测光照度，采用pwm进行led灯光强度控制以及电机控制遮阳布来调节室内光强；采用抽湿机和空调来调节室内湿度与温度。其中cc2530是用于ieee802.15.4、zigbee和rf4ce应用的一个真正的片上系统解决方案；cc2591集成了可将输出功率提高22dbm的功率放大器以及可将接收机灵敏度提高 6 db 的低噪声放大器，从而能够显著增加无线系统的覆盖范围。关键词：粮仓环境，zigbee，cc2530，cc2591，光照度，湿度，温度abstractbecause at a certain temperature and humidity, the growth of mould and bug can be restrained.and at a certain illuminance,the growth of grain embryos can be restrained which lead to grain sprout being restrained.based on above reasons,this design adopts controlling the temperature humidity and illuminance in granary to stored grain.however,to ensure the environment of a granary can be stabilized in a certain range, temperature humidity and illuminance control terminals should coordinate work with different kinds of sensors in different locations.so zigbee wireless communications technology is chosen for this design.through this technology,automatic control data transmission will be achieved,thus realize achieving the coordination work between sensors and control terminals(or sensors) to make the environment of a granary be in some kind of balance.this design uses the cc25330+cc2591 zigbee wirelesss module to achieve data acquisition and processing and communication, use ds18b20 to acquisition the temperature and humidity of grain pile,use tsl2561 illuminance sensor to meter indoor illuminance,use pwm dimming to control led lamp and motor to control cloth so as to adjust indoor illuminance,and use a smoke wet machine and a air condition to adjust indoor humidity and temperature respectively.cc2530 is used to application of a real chip system solution to ieee802.15.4 zigbee and rf4ce.cc2591 integrate a power amplifier which can increase +22dbm to the output power and a low noise amplifier which can increase +6db to receiver sensitivity to significantly increase the coverage of the wireless system.keyword:granary environment,zigbee,cc2530,cc2561,ds18b20, illuminance, humidity, temperature.目 录摘 要iabstractii目 录iii1 绪论11.1选题背景11.2国内外研究概况11.2.1国内基本研究情况11.2.2国外基本的研究情况21.3本设计主要解决的问题22方案设计32.1典型的短距离无线数据网络技术简介32.2硬件模块52.2.1 zigbee发射接收模块52.2.2 pwm控制led模块102.2.3 tsl2561测光强模块172.2.4 bs18b20测温与hs1101测湿模块202.2.5控制电机正反转262.2.6抽湿机与空调的控制293 设计样本pcb板314 总结与展望324.1总结324.2展望32致 谢33附 录34参考文献41421 绪论1.1选题背景近年来人们对绿色储粮意识逐步加强，不断加大对粮食仓储的科技投入，但目前还是主要使用化学药剂来防治虫、霉，以确保粮食的储存安全。但由于长期单一或不当的使用化学药剂，不但在杀虫不彻底时使害虫的抗药性不断增加，而且对粮食、环境造成污染，危害人、畜健康。由于在一定的温度、湿度下，可以抑制虫、霉菌的生长；在一定的光照度以下，可以抑制粮食胚胎的发育，抑制粮食发芽。故在该设计中，采取控制粮仓的温度、湿度以及光照度来储存粮食。然而为保证粮仓的环境能稳定在一定的范围内，需要温度、湿度以及光照度控制终端和各种、各位置的传感器进行协调工作。所以，考虑这一点，本设计中就用到了zigbee无线通讯技术。通过zigbee，实现自动化控制数据传输，从而实现传感器与温控、光控等终端以及传感器与传感器之间的的协调工作，使粮仓的环境形成一定要求的平衡。随着21世纪社会经济的迅速发展，人们对能够随时随地提供信息服务的移动计算和宽带无线通信的需求越来越迫切。无处不在的网络终端，以人为本、个性化、智能化的移动计算，以及方便快捷的无线接入和无线互连等新概念和新产品，已逐渐融入人们的工作领域和日常生活。如今短距离无线通信技术发展突飞猛进，其应用日新月异。zigbee是其中一种具有代表性的短距离无线通信标准。zigbee具有很广阔的应用前景。zigbee技术将主要嵌入在消费型电子设备、家庭和建筑物自动化设备、工业控制装置、电脑外设、医用传感器、玩具和游戏机等设备中，支持小范围的基于无线通信的控制和自动化等领域中的应用，同时还支持地理定位功能。zigbee具有很广阔的应用前景。1.2国内外研究概况1.2.1国内基本研究情况尽管国内不少人已经开始关注zigbee这门新技术，而且也有不少单位开始涉足zigbee技术的开发工作；然而，由于zigbee本身是一种新的系统集成技术，应用软件的开发必须同网络传输、射频技术和底层软硬件控制技术结合在一起，因而深入理解这个来自国外的新技术，再组织一个在这几个方面都有丰富经验的配套队伍，本身就不是一件容易的事情。因此到目前为止，国内目前除了少数几家公司外，有关zigbee开发的公司还很少；但可喜的是随着国内公司的zigbee各系列的实用开发系统推向市场，目前各大高校以及公司相继加入到了zigbee的开发行列中。1.2.2国外基本的研究情况2000年12月ieee成立了ieee802.15.4工作组，形成了ieee802.15.4标准，此正是zigbee的基础。2002年8月，zigbee联盟成立，由英国invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司组成，如今已吸引了上百家芯片公司、无线设备公司和开发商的加入。在zigbee联盟和ieee802.15.4的推动下，zigbee技术结合其他无线技术，可以实现无所不在的网络。在ieee802.15.4中，总共分配了27个具有三种速度的信道：在2.4ghz频段有16个速率为250kb/s的信道，在915mhz频段有10个40kb/s的信道，在868mhz频段有1个20kb/s的信道。其中2.4ghz是全球通用的ism频段，915mhz是北美的ism频段，868mhz是欧洲的ism频段。zigbee联盟对ieee802.15.4标准网络层协议和api进行了标准化，制定了基于ieee802.15.4，具有高可靠、高性价比、低功耗的网络应用规格。zigbee联盟对zigbee标准的制定：ieee802.15.4的物理层、mac层及数据链路层，标准已在2003年5月发布。zigbee网络层、加密层及应用描述层的制定也取得了较大的进展。v1.0版本已经发布。其他应用领域及其相关的设备描述也会陆续发布。zigbee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄露其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其他节点获得。韩国第三大移动手持设备制造商curitel communications公司已经研制成世界上第一款zigbee手机，该手机可通过无线的方式将家中或是办公室内的pc、家用设备和电动开关连接起来。这种手机融入了zigbee技术，能够使手机用户在短距离内操作电动开关和控制其他电子设备。1.3本设计主要解决的问题基于zigbee技术，构建无线传感网络，实现对环境参数（温度、相对湿度、光照度或气体浓度等）的智能监控。设计控制电路与结构实现温度控制，湿度控制和光照度控制，其中温度控制终端采用空调或通风装置，湿度控制可通过抽湿机装置来实现，光照度控制可通过led照明以及pwm控制和遮阳布控制装置来实现。2方案设计前一章主要介绍了本设计的研究背景、国内外研究情况以及设计解决问题。本章将详细介绍构建无线传感网络，实现对环境参数（温度、相对湿度、光照度或气体浓度等）的智能监控。本章节具体介绍无线传感器网络的选择、核心芯片、主要传感器、传感及控制电路的设计以及测控程序的思路。2.1典型的短距离无线数据网络技术简介典型的短距离无线系统由一个无线发射器（包括数据源、调制器、rf源、rf功率放大器、天线、电源组成）和一个无线接收器（包括数据接收电路、rf解调器、译码器、rf低噪声放大器、天线、电源）组成。下面我们来看看目前比较热门的几种无线网络技术标准。wi-fiwi-fi是ieee定义的一个无线网络通信的工业标准（ieee802.11）。其突出的优势是无线电波的覆盖范围广，传输速度非常快，厂商进入该领域的门槛比较低。它的主要特点是传输速率高，可靠性高，建网快速、便捷，可移动性好，网络结构弹性化，组网灵活，组网价格较低。不过wi-fi不具备zigbee的功耗低，成本低，节点容量的优势。蓝牙（bluetooth）蓝牙是一种短距离无线通信技术规范，它能够在设备间实现方便快捷、灵活安全、低成本、低功耗的数据和语音通信，例如可以无线连接电脑、便携设备、pda、移动电话、数码相机、蓝牙耳麦、键盘甚至是无线鼠标。蓝牙无线技术使用了全球通用的频带（2.4ghz），能确保在世界各地通行无阻。蓝牙系统主要有以下特点：工作在2.4ghz的工业科学医疗（ism）频段，工作频段无需申请许可。当发射功率为1mw时，通信距离可达到10m；发射功率为100mw时，通信距离不到100m。使用1mb/s速率以达到最大限制带宽。使用快速调频（1600跳/s）技术抗干扰。在干扰下，使用短数据帧尽可能增大容量。快速确认机制能在链路情况良好时实现较低的编码开销。采用cvsd语音编码，可在高误码率下使用。灵活帧方式支持低价单芯片集成。严格设计的空中接口使功耗最低。发射功率自适应，低干扰。采用灵活的无基站组网方式，使得一个“蓝牙”单元最多同时可以与七个其他的“蓝牙”单元通信，同时支持点对点和一点对多点的连接。不过，蓝牙技术使用需要向协会交纳专利费，且成本较高，通信距离太近（15m），不适于在工业数据传输中应用。zigbeezigbee技术是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术。zigbee的基础是ieee802.15.4协议。zigbee协议栈由高层应用规范、应用汇聚层、网络层、数据链路层和物理层组成，网络层以上的协议由zigbee联盟负责，ieee则制定物理层和链路层标准。zigbee能在数个微小的传感器之间相互协调实现通信。zigbee在ism频段定义了两个工作频段，即2.4ghz频段和868/915mhz频段。其中2.4ghz是全球通用的ism频段，915mhz是北美的ism频段，868mhz是欧洲的ism频段。我国采用的是2.4ghz频段，是全球通用的免付款、免申请的ism频段。其速率为250kb/s。zigbee的每个网络节点之间的标准传输距离为75m，在增加rf发射功率后，可以增加到一至三公里。zigbee的主要技术特点包括以下几个方面：l 省电。两节五号电池支持长达六个月到两年左右的使用时间。l 可靠。采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突，节点模块之间具有自动动态组网的功能，信息在整个zigbee网络中通过自动路由的方式进行传输，从而保证了信息传输的可靠性。l 时延短。针对实验敏感的应用作了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，一般从睡眠转入工作状态只需要15ms，节点连接进入网络只需要30ms，从而进一步节省的电能。相比之下，蓝牙需要310s、wi-fi需要3s。l 网络容量大。可支持达65000个节点。l 安全。zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用通用的aes-128。l 高保密性。采用64位出厂编号并支持aes-128加密。l 免执照频段。采用直接序列扩频在工业、科学、医疗的2.4ghz（全球）（ism）频段。l 低速率。zigbee工作在250kb/s的通信速率下，可满足低速率传输数据的应用要求。l 低成本。通过大幅简化协议（不到蓝牙的1/10），降低了对通信控制器的要求。按预测分析，以8051的8位微控器测算，全功能的主节点需要32kb代码，子功能节点则至少4kb代码，而且zigbee免收协议专利费。l 近距离。zigbee节点间的传输距离一般为10100m之间，在增加rf发射功率后，可增加到13km。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。综上所述，zigbee技术的优势主要在于技术成本低，功耗低，通信频段多，无通讯费用。对于粮仓内这种小范围的环境非常适合，故本设计采用zigbee技术。下表列举了这几种常见无线传输方式的主要性能比较，见表2.1：表2.1 几种常见无线传输方式的主要性能比较项目bluetooth（802.15.1）wi-fi（802.11b）zigbee（802.15.4）系统花费极大大小电池寿命较短短最长网络节点数730255/65000+有效物理范围10m100m1100+数据传输率1mbps11 mbps20/250kbps传输介质2.4ghz射频2.4ghz射频2.4ghz射频2.2硬件模块2.2.1 zigbee发射接收模块（1）模块总体设计本设计采用cc2530_cc2591模块，所用天线为sma天线，cc2591是一种集成了巴伦与功放电路的芯片。本设计用cc2591来将从cc2530出来的两个差分信号rf_p与rf_n整合成一个信号，并放大。模块原理图见下图2.1所示：图 2.1 cc2530_cc2591模块原理图（2）主要芯片信息简介：cc2530:cc2530是用于ieee802.15.4、zigbee和rf4ce应用的一个真正的片上系统（soc）解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。cc2530结合了领先的rf收发器的优良性能，业界标准的增强型8051cpu，系统内可编程闪存，8kb ram的许多其他强大的功能。cc2530有四种不同的闪存版本：cc2530f32/64/128/256，分别具有32/64/128/256kb的闪存。cc2530具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功率要求的系统。运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。cc2530f256结合了德仪的zigbee协议栈（z-stack），提供了一个恶强大和完整的zigbee解决方案。cc2530f64结合了德仪的remoti，更好地提供了一个强大和完整的zigbee rf4ce远程控制解决方案。cc2530芯片引脚描述如表2.2，封装图顶视图如下图图2.2所示：图2.2 cc2530顶视封装图注意：暴露的接地衬垫必须连接到一个坚固的接地面，因为这是芯片的接地连接点。表 2.2 cc2530引脚描述引脚名称引脚引脚类型描述avdd128电源（模拟）2v-3.6v模拟电源连接avdd227电源（模拟）2v-3.6v模拟电源连接（续）引脚名称引脚引脚类型描述avdd324电源（模拟）2v-3.6v模拟电源连接avdd429电源（模拟）2v-3.6v模拟电源连接avdd521电源（模拟）2v-3.6v模拟电源连接avdd631电源（模拟）2v-3.6v模拟电源连接dcoupl40电源（数字）1.8v数字电源去耦。不使用外部电路供应。dvdd139电源（数字）2v-3.6v数字电源连接dvdd210电源（数字）2v-3.6v数字电源连接gnd-接地接地衬垫必须连接到一个坚固的接地面。gnd1,2,3,4未使用的引脚连接到gndp0_019数字i/o端口0.0p0_118数字i/o端口0.1p0_217数字i/o端口0.2p0_316数字i/o端口0.3p0_415数字i/o端口0.4p0_514数字i/o端口0.5p0_613数字i/o端口0.6p0_712数字i/o端口0.7p1_011数字i/o端口1.020ma驱动能力p1_19数字i/o端口1.120ma驱动能力p1_28数字i/o端口1.2p1_37数字i/o端口1.3p1_46数字i/o端口1.4p1_55数字i/o端口1.5p1_638数字i/o端口1.6p1_737数字i/o端口1.7p2_036数字i/o端口2.0p2_135数字i/o端口2.1p2_234数字i/o端口2.2p2_333数字i/o端口2.3/32.768khz xoscp2_432数字i/o端口2.4/32.768khz xoscrbias30模拟i/o参考电流的外部精密偏置电阻reset_n20数字输入复位，活动到低电平rf_n26rf i/orx期间负rf输入信号到lnarf_p25rf i/orx期间正rf输入信号到lnaxosc_q122模拟i/o32mhz晶振引脚1或外部时钟输入xosc_q223模拟i/o32mhz晶振引脚2cc2530的操作只需要极少的外部元件。图2.3是典型的应用电路。图2.3 cc2530典型的应用电路当使用诸如单极子的一个不平衡的天线，应该使用一个巴伦来优化性能。巴伦可以使用低成本的分立电感和电容实现。显示的推荐巴伦包括c262，l261，c252，l252。如果使用了诸如折叠偶极子这样的平衡天线，巴伦可以忽略。32mhz晶振使用了一个外部32mhz振荡器xtal1和两个负载电容（c221和c231）。32mhz晶振的负载电容由下式给定：cl=1c221+c231+cparasitic(2.1)xtal2是一个可选的32.798khz晶振，有两个负载电容（c321和c331）用于32.798khz晶振。32.798khz晶振用于要求非常低的睡眠电流消耗和精确唤醒时间的应用。32.798khz晶振的负载电容由下式给定：cl=1c321+c331+cparasitic(2.2)1.8v片上稳压器提供了1.8v的数字逻辑。这一稳压器要求一个去耦电容（c401）来获得稳定运行。cc2591:cc2591是一种具有成本效益和高性能rf前端低功耗和低电压2.4ghz的无线应用，它提供了链路预算功率放大器输出功率增加，以及lna与改善接收机噪声系数低灵敏度，包含了功率放大器，lna，开关，rf匹配和巴伦的高性能设计简单无线应用。cc2591可用于所有的2.4ghz的ism频带系统、无线传感器网络、无线工业系统、ieee820.15.4的zigbee系统、无线消费系统以及无线音频系统。cc 2591芯片引脚描述如表2.3，顶视封装图如图2.4所示：图 2.4 cc2591顶视封装图表 2.3 cc2591芯片引脚描述引脚名称引脚引脚类型描述gnd-接地接地衬垫必须连接到一个坚固的接地面。avdd_pa11电源（模拟）2v-3.6v模拟电源连接。连接到此管脚的pcb线路可当做pa口上的电感性负载。rf_n2rf i/orf接口接到cc24xx或cc25xx芯片rxtx3模拟i/o或控制接口当芯片接到cc24xx芯片时转换电压rf_p4rf i/orf接口接到cc24xx或cc25xx芯片paen5数字输入口数字控制管脚en6数字输入口数字控制管脚（续）引脚名称引脚引脚类型描述hgm7数字输入口数字控制管脚hgm=1芯片处于高增益状态hgm=0芯片处于低增益状态（仅接收）gnd8,9,12,14接地连接到gndavdd_pa210电源（模拟）2v-3.6v模拟电源连接。连接到此管脚的pcb线路可当做pa口上的电感性负载。ant11rf i/o天线接口avdd_lna13电源（模拟）2v-3.6v模拟电源连接。连接到此管脚的pcb线路可当做pa口上的电感性负载。bias15模拟i/o偏压输入口。此节点和接地间的电阻给所有pa管脚提供偏压电流。avdd_bias16电源（模拟）2v-3.6v模拟电源连接对于cc2591的控制，在该芯片上面有四个数字控制管脚（paen，en，hgm和rxtx）控制其状态。见下表2.5显示了当cc2591连接到cc2530芯片时的控制逻辑。表2.4 cc2591连接到cc2530时控制逻辑paenenrxtxhgm操作模式00ncx功率降低01nc0接收信号低增益01nc1接收信号高增益10ncx发送信号11ncx不选择对于cc2530_cc2591模块来说，只需要较少的元器件即可。需要注意的是，印制板的布局走线会极大地影响cc2530_cc2591模块的性能。2.2.2 pwm控制led模块调节ied的方式主要有两种，一种是改变供电电流值，另一种就是对供电电压进行脉冲宽度调制（pwm）。对于改变恒定电流值的这种方法，由于led发光原理是电子与空穴的再次结合而产生发光，发光光束依赖于电流。在电流较小的情况下，强跟电流基本成正比关系；在电流较大时，当通过led的电流增大，led的发热量随之增大，从而导致发光率变低，光强与电流也就不再成正比关系对于pwm这种改变脉冲占空比的方法，由于led反复瞬间闪光，人眼感受到的是反复时间内的平均亮度。我们就以此为原理通过cc2530来改变脉冲占空比来改变led的发光亮度，从而调节室内的光强。本设计采用ti公司的ucc28810evm-002评估板，该评估版是一款恒流非隔离式电源，适用于街道、停车场或区域范围照明等高亮度led照明应用。该设计可将通用电源（90265vrms）转换成0.9a恒流源，能够驱动100w的led负载。该设计中采用了ucc28810和ucc28811芯片，此两种芯片是中小功率通用led照明电源控制器，具有功率因数修正（pfc）和电磁兼容特性（emc）功能。设计用于工作在临界导通模式的反激,降压或升压转换器。 ucc28810/1集成了用于反馈误差处理的跨导电压放大器,用来产生正比于输入电压的电流指令的电流基准发生器,电流检测(pwm)比较器,pwm逻辑和用来驱动外接fet的图腾柱驱动器。此外,控制器还提供电流峰值限制、复位定时器、过压保护（ovp）和使能等特性。 ucc28810和ucc28811广泛用在交流输入hb led照明,工业,商业和住宅区照明以及户外照明如路灯,停车场,建筑物和装饰性led照明等。模块的pwm功能简化原理图见图2.5：图2.5 ucc28810evm-002评估板pwm功能简化原理图该电路使用的是双级电路设计，第一级是ucc28810的转换模式电路，将交流电源转换成36v的直流电源，第二级也采用ucc28811的转换模式，将恒压源转换为0.9a恒流源。在本设计中，主要是使用电路的pwm调光功能来调节粮仓内照明亮度。该评估板的用途是在精确控制反激变换器，巴克或升压转换器，确保设计方案满足各种标准制定的谐波电流或功率因数要求。它的特点是通过一个跨导的电压放大器来反馈错误处理,一个简单的电流发生器产生与输入电压成正比的信号,通过电流采样比较器(pwm)，pwm逻辑功能和推拉输出电路驱动外部场效应管fet。在控制临界导通模式上, tze引脚控制pwm的自激振荡电流，同时通过比较采样电流控制开关通断状态。此外,控制器提供的功能还有峰值电流限制，重启时间，过压保护和使能功能。这系统能检测到零功率输出，也就是检测是否空载，以使得在空载情况下能自动关闭而不会出现过压情况。该器件在检测大信号误差放大上有着创新性的高速。其较低的启动和运行电流的要求不但低功耗，而且更容易使其启动工作。无论在一般情况还是过压情况下，高精准度的内置参考系数都可以令器件更快地调节输出电压，从而提高了系统的可靠性。使能比较器的作用在于令器件在输入很低和当反馈回路损坏的情况下处于关闭状态。从而保护电路和器件。ucc28810和ucc28811有两个关键参数的差异,那就是欠压锁存的触发临界值和gm电流源放大器。ucc28810是15.8v而vucc28811是12.5v。电流上ucc28810是1.3 ma，ucc28811是300a 。拥有较高欠压锁存门限值的ucc28810能通过一个小电容的vdd电压值快速启动。在某些关键的环节，而较低门限值的ucc28811则能较方便地通过pwm控制两级电压的转换。ucc28810的gm放大器提供一个足够的1.3ma典型电流源，令其无论当输出功率低下状况出现在启动时刻还是在正常的瞬态响应时刻，都能快速作出反应处理状况。ucc28811适用场合如街灯和较大的范围照明，所以两级的能量转换是必须的。ucc28810适用商业照明或室内照明。在那些，没有下行竖板的脉宽调制转换和凭着小电容vdd的优势，加上其瞬态响应的能力可以实现。ucc28810/11封装采用八管脚的soic(d)的封装，封装顶视图见图2.6，引脚介绍见表2.5：图2.6 ucc28810/1封装顶视图表2.5 ucc28810/11控制器引脚介绍引脚名称引脚引脚类型描述vsense1输入vsense是反相输入放大器的输入，内部参考值是2.5v,同时也是过压保护比较器的输入。当vsense低于enable额定电压值，将关闭输出转换，从而停止外部转换。这个功能也提供反馈故障保护，确保不会反馈在开路的情况下继续工作。当使用内部的错误放大器时，这个引脚检测的是输出电压的一个分压值。（续）引脚名称引脚引脚类型描述eaout2输出跨导误差放大器的输出。一盘情况下输出是10ma , 但当vsense引脚电压大于2.5v时，eaout输出也上升到1 ma .eaout引脚电压是参考电流源的输入之一，其变动范围为2.5v-4.0v. 在过压或者输出短路（输出零功率）的情况下,eaout引脚电压低于2.5v,理论上。当其低于2.3v时，输出短路检测就会启动使栅极停止状态转换工作，环补偿原件接于此脚和地之间，或者直接连接到光电耦合器的集电极。vins3输入vins引脚通过对输入电压的分压值进行检测控制。并以这分压值与内部参考值作对比。其工作范围建议在0-3.8v。isense4输入isense引脚检测外部开关电流，并以这个电流作为比较值加以控制。内置一小型噪声滤波器，如果附加过滤是必要的,外部振荡滤波可以被添加到进一步抑制噪声尖峰。如果visense超过1.7 v，则由内部的电电流参考值发出终止开关转换状态。以内部的75mv偏置电压改善isense信号的过零失真现象。isense的阀值电压大约等于：visense0.67 (veaout- 2.5v)(vvins + 75mv)。tze5输入tze引脚功能是检测变压器是否是零输入状态。方法是用偏置线圈绕组去检测。当tze和线圈电流变低，则作出反应。内部的钳制电压可防止tze变化太大。当在400 ms内发现不存在零输出状况，则继续启动栅极和开关电路的工作。gnd6该装置参考地. 接线应尽量短。gdrv7输出mosfet栅极输出驱动反激，巴克或者推挽的转换。这种输出是能提供多达750ma峰值电流给开关状态转换。所以根据所需的vdd选择合适的栅极限流电阻。在欠压锁存的状态下，输出很小。vdd8电源这是电源脚。并且必须接一电容到地，电容大小不能小于0.1mf，而且布线接地时应该尽量短. ucc28810 有较大的欠压锁存磁滞，一般是6.3v，使用一小电容令其快速启动。ucc28811 则较少，一般2.8v，并用12.5v启动pwn下游控制。较窄范围的欠压锁存电压需要一个电容去配合延时作用。欠压锁存和参考电路：该电路产生一个精确的参考电压以严格控制uvlo（欠压锁存）的阈值。另外还产生一个2.5v的参考电压给gm放大器的反相端，和一个参考电压值给ovp（过压保护）、使能控制、零功率输出检测和电流参考值发生电路。也产生一个7.5v电压供内部电路用。误差放大器:ucc28810&ucc28811的电压误差放大器是一个90 us的典型跨导放大器。其优势在于放大器的反相输入是完全取决于外部输出电压的分压值而不是其放大器瞬态响应本身。这让vsense可以用于检测过压情况。放大器正常工作情况下，输入输出误差放大能力接近10ua，也就是说可以检测到很小的变化。但当vsense电压超过正常的额值(vvsense1.05vref,vvsense(vref+0.190)，过压保护就会启动。只要vsense引脚的压降是大于额定值时，它就会终止栅极的状态转换。这就可以保持输出不会超过正常值的7.5%。从而也保护整个系统的其他原件。对于ucc28810evm-002评估板，其采用两级的电路结构。第一级为pfc（功率因数校正）级电路，功率校正级是一个有着升压跟随特性的升压转换器，该级见图2.7。图 2.7 第一级pfc级电路该级跟随以提供一个240v-400v的直流输出。在低输入处加入低直流电压有效提高低压线路。最小的校正点设在240v，这样可以按比例地给50个串联led供电；第二级为低位buck（降压变压器）级，led的电源由工作于临界状态的低位降压斩波器提供，该级见图2.8。图 2.8 第二级buck级电路buck的控制电路功能是提供一个两倍于平均负载最大电流（意义上是0.9a）的尖峰电流。ucc28811配置有关闭能力以限制尖峰电流，pwm则由vsense引脚控制buck的使能，从而可以通过pwm来控制光照度调节。2.2.3 tsl2561测光强模块tsl2561是taos公司推出的第二代光强数字转换芯片，它将光强转换成数字信号输出，具有直接i2c接口或者smbus接口，具有高速、低功耗、宽量程、可编程灵活配置等优点。每个设备都连接一个带宽的光敏二极管和在单独cmos集成电路上的一个红外响应的光敏二极管，这个集成电路具有提供20bit动态范围的近-适光响应的能力。两个集成的adcs将光敏电流转换成一个数字输出，这个数字输出表示测量每一个通道的发光。这个数字输出可以是一个微处理器的输入。在这个微处理器里亮度（周围光的水平）使用试验化公式来得到。tsl2561具有直接i2c接口，用于将光照强度转换成数字信号输出。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。ts2561有两种封装形式，封装形式不同，相应的光照度计算公式也不同，封装形式见图2.9：图2.9 tsl2561封装本设计采用tmb封装的光照度传感器。各管脚功能如表2.6：表2.6 tsl2561引脚介绍引脚名称引脚引脚类型描述vdd1电源电源引脚，工作电压范围是2.73.5vaddr sel2输入器件访问地址选择引脚。由于该引脚电平不同，该器件有3个不同的访问地址。访问地址和电平的对应关系如表1.3.7所列。（续）引脚名称引脚引脚类型描述gnd3接地信号地sda4输入i2c或smbus总线的时钟信号线和数据线。int5输出中断信号输出引脚。当光强度超过用户编程配置的上或下阈值时，器件会输出一个中断信号。scl6输入/输出i2c或smbus总线的时钟信号线和数据线。当积分式a/d转换器转换完成后，能够从通道0寄存器和通道1寄存器读取相应的值ch0和ch1，但是要以lux（流明）为单位，还要根据ch0和ch1进行计算。对于tmd封装的该光照度传感器，假设光强为e（lux为单位），则起计算公式如下： 0ch1/ch00.50时，e=0.030 4ch0-0.062ch0(ch1/ch0)1/4；(2.3) 0.50ch1/ch00.61时，e=0.022 4ch0-0.031ch1；(2.4) 0.61ch1/ch00.80时，e=0.012 8ch0-0.015 3ch1；(2.5) 0.801.30时，e=0。(2.7)tsl2561能够通过i2c总线访问，所以硬件接口电路很简单。假如所选用的微控制器带有i2c总线控制器，则将该总线的时钟线和数据线直接和tsl2561的i2c总线的scl和sda分别相连；假如微控制器内部没有上拉电阻，则还需要再用2个上拉电阻接到总线上。由于cc2530不带i2c总线控制器，则将tsl2561的i2c总线的scl和sda和普通i/o口连接即可；但编程时需要模拟i2c总线的时序来访问tsl2561，int引脚接微控制器的外部中断。硬件连接如图2.10所示。图 2.10 微控制器与tsl2561的硬件连接tsl2561的写操作过程如下： 先发送一组器件地址；然后写命令码，命令码是指定接下来写寄存器的地址00h0fh和写寄存器的方式，是以字节、字或块（几个字）为单位进行写操作的；最后发送要写的数据，根据前面命令码规定写寄存器的方式，能够连续发送要写的数据，内部写寄存器会自动加1。tsl2561的字节方式发送数据格式见图2.11：图 2.11 tsl2561的字节方式发送数据格式tsl2561的字节方式接收数据格式见图2.12：图 2.12 tsl2561的字节方式接收数据格式在图2.11和图2.12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。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总线上的数据是以八位传送的，为确保发送器发送的每个字节都被接收器收到，在第九个时钟脉冲期间，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），表示接受其已经成功的接收了该字节；确认信号为高电平时，规定为非确认位（用nack表示），表示接受器接收该字节没有成功。以下是tsl2561 数据采集程序的部分代码：（1