便攜式智能儀器具有體積小、重量輕和便于攜帶的特點(diǎn)，一般用電池作為其供電電源，因此降低功耗便成為主要的設(shè)計(jì)指標(biāo)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了選用各種低功耗的器件和芯片外，還必須在滿足(或犧牲一點(diǎn))速度等指標(biāo)要求的前提下，進(jìn)行降低功耗的硬件和軟件設(shè)計(jì)，以使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的功耗最小。本文詳細(xì)介紹了一種低功耗的便攜式無(wú)線溫濕度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)能同時(shí)測(cè)量20米范圍內(nèi)的異地溫度及本地溫濕度，還具有時(shí)間顯示、鬧鐘提醒等功能。
1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
　　本系統(tǒng)由無(wú)線發(fā)送和接收兩部分組成，發(fā)送部分由HT48R06A-1單片機(jī)、溫度/頻率轉(zhuǎn)換電路、無(wú)線發(fā)送模塊等組成，接收部分由MSP430F135單片機(jī)、無(wú)線接收模塊" title="接收模塊">接收模塊、溫濕度測(cè)量電路、時(shí)鐘電路及其它電路組成。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

1.1無(wú)線發(fā)送部分
　　發(fā)送部分的處理器采用HT48R06A-1單片機(jī)，片內(nèi)集成了一個(gè)外部中斷、一個(gè)8位定時(shí)器和一個(gè)看門狗定時(shí)器，其休眠狀態(tài)電流僅為5μA，可以滿足本系統(tǒng)硬件的要求和低功耗要求^[1]。HT48R06A-1內(nèi)部沒(méi)有A/D轉(zhuǎn)換器，出于成本考慮，采用圖2所示的由555定時(shí)器組成的溫度╱頻率轉(zhuǎn)換電路。它其實(shí)是一個(gè)多諧振蕩器，Rt為熱敏電阻，圖中多諧振蕩器產(chǎn)生的高、低電平脈寬分別為：
　　
　　利用HT48R06A-1的定時(shí)器測(cè)出T_H和T_L后，便可求出熱敏電阻值，查表后即可得到相應(yīng)的溫度值。

1.2 接收部分
　　接收部分的處理器選用TI公司的MSP430F135單片機(jī)，它的片內(nèi)集成了豐富的功能單元，能夠滿足本系統(tǒng)的硬件要求；它同時(shí)提供ACLK、MCLK和SMCLK三種不同頻率的時(shí)鐘給不同的模塊，使整個(gè)系統(tǒng)具有超低功耗。單片機(jī)在低功耗模式" title="低功耗模式">低功耗模式3下，耗電僅為1.6μA左右，且ACLK仍保持活動(dòng)以提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可以滿足系統(tǒng)的低功耗要求和實(shí)時(shí)性要求^[2～3]。
　　液晶驅(qū)動(dòng)器選用Holtek公司的HT1622芯片，它的工作電壓為2.7～5.2V，可驅(qū)動(dòng)32×8段段碼，正常工作時(shí)耗電80μA(V_CC＝3V)左右，液晶玻璃片的工作電壓不超過(guò)2.7V。時(shí)鐘電路選用Philips公司的低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片PCF8563，它有1.0～5.5V的大工作電壓范圍，工作電流僅為0.25μA(V_CC＝3.0V,25℃)左右。
　　為進(jìn)一步降低系統(tǒng)功耗，在系統(tǒng)中加入光控節(jié)能電路。在光線不足時(shí)，關(guān)閉液晶驅(qū)動(dòng)器和無(wú)線接收模塊，單片機(jī)進(jìn)入低功耗模式3，以降低功耗。圖3為光控節(jié)能電路的原理圖，Rg為光敏電阻。P1口是具有施密特輸入特性的帶中斷功能的I/O口，設(shè)置P1.2口為上升沿觸發(fā)，P1.3口為下降沿觸發(fā)。隨著光線的增強(qiáng)(減弱)，Rg阻值減小(增大)，P1.3(P1.2)口電位下降(上升)，當(dāng)下降(上升)到下降沿(上升沿)輸入門檻電壓時(shí)，觸發(fā)中斷，單片機(jī)退出(進(jìn)入)低功耗模式，同時(shí)打開(關(guān)閉)液晶驅(qū)動(dòng)模塊和無(wú)線接收模塊電源。實(shí)驗(yàn)測(cè)得，加入該節(jié)能電路后，接收部分在夜間耗電至少比白天減少70μA。

1.3 無(wú)線收發(fā)模塊
　　從成本和可靠性的角度考慮，選用河南安陽(yáng)新世紀(jì)電子研究所的F05C(發(fā)射模塊)和J04H(接收模塊)。它們的頻率一致性好，采用AM調(diào)制方式，兩者相配合，開闊區(qū)最大通信距離約為250m，特別適合多發(fā)一收無(wú)線遙控及低速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
2.1發(fā)送部分主程序
　　發(fā)送端主要完成溫度的測(cè)量及數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)。為降低功耗，HT48R06A-1單片機(jī)不需工作時(shí)應(yīng)處于休眠狀態(tài)。單片機(jī)片內(nèi)的8位定時(shí)器用于溫度的測(cè)量，看門狗定時(shí)器和片內(nèi)RC振蕩器配合控制連續(xù)兩次測(cè)量和發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔。發(fā)送部分的主程序" title="主程序">主程序流程圖如圖4所示。看門狗定時(shí)器溢出時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位并置狀態(tài)寄存器(STATUS)的T0位，故在程序開始時(shí)應(yīng)先查詢STATUS的T0位和PD位以確定系統(tǒng)復(fù)位源。若是由WDT溢出導(dǎo)致的系統(tǒng)復(fù)位，則先確定是否應(yīng)進(jìn)行新的測(cè)量和數(shù)據(jù)發(fā)送，若是其它復(fù)位方式，則先對(duì)系統(tǒng)初始化，然后測(cè)量溫度并把測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

2.2 接收部分主程序
　　為降低系統(tǒng)功耗，接收端" title="接收端">接收端MSP430F135單片機(jī)在不需要工作時(shí)應(yīng)處于低功耗模式。接收端主程序流程圖如圖5所示。主程序在完成初始化和第一次測(cè)量任務(wù)后，單片機(jī)立即進(jìn)入低功耗模式3，同時(shí)內(nèi)部定時(shí)器開始工作，每隔一段時(shí)間(例如白天1秒，晚上1分)喚醒單片機(jī)一次，執(zhí)行中斷處理程序。中斷處理程序執(zhí)行完后，若需測(cè)量，則跳到主程序，完成一次測(cè)量；否則，直接進(jìn)入低功耗模式3。無(wú)線數(shù)據(jù)的接收由外部中斷完成，數(shù)據(jù)接收完成后，退出中斷處理程序，進(jìn)入低功耗模式3。

3 低功耗設(shè)計(jì)
　　在本系統(tǒng)中，發(fā)送端的結(jié)構(gòu)功能較簡(jiǎn)單，這里主要討論接收端的節(jié)能措施。除了前面所述的硬件節(jié)能手段^[4]外，由于本系統(tǒng)中選用了待機(jī)電流(實(shí)測(cè))約為0.7mA(V_CC＝3.3V)的J04H接收模塊，發(fā)送端不能和接收端很好地實(shí)現(xiàn)同步，為了既保證數(shù)據(jù)的可靠接收，又不給系統(tǒng)帶來(lái)過(guò)大的功耗，必須使用合適的軟件措施控制J04H的電源供給。本系統(tǒng)采用預(yù)測(cè)下次數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間的方法，即以前兩次連續(xù)接收數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔為基準(zhǔn)，推測(cè)本次數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)間，以實(shí)時(shí)地打開接收模塊電源開關(guān)來(lái)接收數(shù)據(jù)。
　　圖6(a)是接收模塊J04H正常工作時(shí)的程序流程圖。系統(tǒng)在下列四種情況下都要進(jìn)行圖6(b)所示的通信異常處理過(guò)程：系統(tǒng)上電或復(fù)位、系統(tǒng)的環(huán)境光線由不足變?yōu)槌渥恪⑾到y(tǒng)無(wú)線通信工作中出現(xiàn)異常、手動(dòng)重新接收按鍵被按下。通信異常處理的步驟如下：
　　(1)給接收模塊供電，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，設(shè)置開始通信異常處理標(biāo)志，并計(jì)算等待時(shí)間。
　　(2)等待一段時(shí)間(如5分鐘)，若一直沒(méi)有收到數(shù)據(jù)，則關(guān)閉接收模塊電源，清除通信異常處理標(biāo)志，退出處理程序。
　　(3)若收到數(shù)據(jù)，則關(guān)閉接收模塊30s(設(shè)發(fā)送端約1分鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù))后打開，等待接收新的數(shù)據(jù)，同時(shí)重新開始計(jì)算等待時(shí)間。
　　(4)第二次數(shù)據(jù)沒(méi)有收到，則回到(2)；第二次收到數(shù)據(jù)后，計(jì)算出這兩次數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)間間隔，判斷此間隔值是否有效。
　　(5)時(shí)間間隔無(wú)效，則回到(3)；有效，將此時(shí)間間隔值作為下次打開接收模塊電源開關(guān)的時(shí)間基準(zhǔn)，同時(shí)清除通信異常標(biāo)志，置通信正常標(biāo)志，退出異常處理過(guò)程。