便攜式智能儀器具有體積小、重量輕和便于攜帶的特點，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計指標。在設計過程中，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)速度等指標要求的前提下，進行降低功耗的硬件和軟件設計，以使整個系統運行的功耗最小。本文詳細介紹了一種低功耗的便攜式無線溫濕度測量系統的設計，該系統能同時測量20米范圍內的異地溫度及本地溫濕度，還具有時間顯示、鬧鐘提醒等功能。
1 系統的硬件設計
　　本系統由無線發送和接收兩部分組成，發送部分由HT48R06A-1單片機、溫度/頻率轉換電路、無線發送模塊等組成，接收部分由MSP430F135單片機、無線接收模塊" title="接收模塊">接收模塊、溫濕度測量電路、時鐘電路及其它電路組成。系統硬件框圖如圖1所示。

1.1無線發送部分
　　發送部分的處理器采用HT48R06A-1單片機，片內集成了一個外部中斷、一個8位定時器和一個看門狗定時器，其休眠狀態電流僅為5μA，可以滿足本系統硬件的要求和低功耗要求^[1]。HT48R06A-1內部沒有A/D轉換器，出于成本考慮，采用圖2所示的由555定時器組成的溫度╱頻率轉換電路。它其實是一個多諧振蕩器，Rt為熱敏電阻，圖中多諧振蕩器產生的高、低電平脈寬分別為：
　　
　　利用HT48R06A-1的定時器測出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，它的片內集成了豐富的功能單元，能夠滿足本系統的硬件要求；它同時提供ACLK、MCLK和SMCLK三種不同頻率的時鐘給不同的模塊，使整個系統具有超低功耗。單片機在低功耗模式" title="低功耗模式">低功耗模式3下，耗電僅為1.6μA左右，且ACLK仍保持活動以提供實時時鐘，可以滿足系統的低功耗要求和實時性要求^[2～3]。
　　液晶驅動器選用Holtek公司的HT1622芯片，它的工作電壓為2.7～5.2V，可驅動32×8段段碼，正常工作時耗電80μA(V_CC＝3V)左右，液晶玻璃片的工作電壓不超過2.7V。時鐘電路選用Philips公司的低功耗實時時鐘芯片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。
　　為進一步降低系統功耗，在系統中加入光控節能電路。在光線不足時，關閉液晶驅動器和無線接收模塊，單片機進入低功耗模式3，以降低功耗。圖3為光控節能電路的原理圖，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，設置P1.2口為上升沿觸發，P1.3口為下降沿觸發。隨著光線的增強(減弱)，Rg阻值減小(增大)，P1.3(P1.2)口電位下降(上升)，當下降(上升)到下降沿(上升沿)輸入門檻電壓時，觸發中斷，單片機退出(進入)低功耗模式，同時打開(關閉)液晶驅動模塊和無線接收模塊電源。實驗測得，加入該節能電路后，接收部分在夜間耗電至少比白天減少70μA。

1.3 無線收發模塊
　　從成本和可靠性的角度考慮，選用河南安陽新世紀電子研究所的F05C(發射模塊)和J04H(接收模塊)。它們的頻率一致性好，采用AM調制方式，兩者相配合，開闊區最大通信距離約為250m，特別適合多發一收無線遙控及低速數據傳輸系統。
2 系統的軟件設計
2.1發送部分主程序
　　發送端主要完成溫度的測量及數據發送任務。為降低功耗，HT48R06A-1單片機不需工作時應處于休眠狀態。單片機片內的8位定時器用于溫度的測量，看門狗定時器和片內RC振蕩器配合控制連續兩次測量和發送數據的時間間隔。發送部分的主程序" title="主程序">主程序流程圖如圖4所示。看門狗定時器溢出時，系統復位并置狀態寄存器(STATUS)的T0位，故在程序開始時應先查詢STATUS的T0位和PD位以確定系統復位源。若是由WDT溢出導致的系統復位，則先確定是否應進行新的測量和數據發送，若是其它復位方式，則先對系統初始化，然后測量溫度并把測量數據發送出去。

2.2 接收部分主程序
　　為降低系統功耗，接收端" title="接收端">接收端MSP430F135單片機在不需要工作時應處于低功耗模式。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量任務后，單片機立即進入低功耗模式3，同時內部定時器開始工作，每隔一段時間(例如白天1秒，晚上1分)喚醒單片機一次，執行中斷處理程序。中斷處理程序執行完后，若需測量，則跳到主程序，完成一次測量；否則，直接進入低功耗模式3。無線數據的接收由外部中斷完成，數據接收完成后，退出中斷處理程序，進入低功耗模式3。

3 低功耗設計
　　在本系統中，發送端的結構功能較簡單，這里主要討論接收端的節能措施。除了前面所述的硬件節能手段^[4]外，由于本系統中選用了待機電流(實測)約為0.7mA(V_CC＝3.3V)的J04H接收模塊，發送端不能和接收端很好地實現同步，為了既保證數據的可靠接收，又不給系統帶來過大的功耗，必須使用合適的軟件措施控制J04H的電源供給。本系統采用預測下次數據發送時間的方法，即以前兩次連續接收數據的時間間隔為基準，推測本次數據發送的時間，以實時地打開接收模塊電源開關來接收數據。
　　圖6(a)是接收模塊J04H正常工作時的程序流程圖。系統在下列四種情況下都要進行圖6(b)所示的通信異常處理過程：系統上電或復位、系統的環境光線由不足變為充足、系統無線通信工作中出現異常、手動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，準備接收數據，設置開始通信異常處理標志，并計算等待時間。
　　(2)等待一段時間(如5分鐘)，若一直沒有收到數據，則關閉接收模塊電源，清除通信異常處理標志，退出處理程序。
　　(3)若收到數據，則關閉接收模塊30s(設發送端約1分鐘發送一次數據)后打開，等待接收新的數據，同時重新開始計算等待時間。
　　(4)第二次數據沒有收到，則回到(2)；第二次收到數據后，計算出這兩次數據發送的時間間隔，判斷此間隔值是否有效。
　　(5)時間間隔無效，則回到(3)；有效，將此時間間隔值作為下次打開接收模塊電源開關的時間基準，同時清除通信異常標志，置通信正常標志，退出異常處理過程。