Arduino-LoRa库与TSL2591光传感器I2C冲突问题分析

问题背景

在使用Arduino MKR 1310开发板时，开发者发现当同时使用LoRa无线通信功能和TSL2591光传感器时，出现了功能异常的情况。具体表现为TSL2591传感器无法正常工作，而问题的根源与LoRa库的初始化位置有关。

硬件连接分析

MKR 1310开发板的I2C引脚(PA08和PA09)除了连接至标准I2C接口外，还连接到了CMWX1ZZABZ LoRa模块。虽然LoRa库并未直接使用这些I2C引脚，但这种硬件设计可能导致潜在的信号干扰问题。

代码问题定位

开发者最初发现，当LoRa.begin()函数调用位置不同时，TSL2591传感器的表现也不同：

1. 在setup()函数开头调用LoRa.begin()时，系统能正常工作
2. 在setup()函数末尾调用LoRa.begin()时，TSL2591传感器失效

深入分析后发现问题实际上出在中断服务程序(ISR)的实现方式上。开发者将复杂的传感器读取和能量计算代码放在了ISR中执行，这是不恰当的编程实践。

中断服务程序最佳实践

在嵌入式系统中，中断服务程序应当遵循以下原则：

1. 保持尽可能短的执行时间
2. 避免调用可能阻塞的函数
3. 避免执行复杂计算
4. 尽量减少I2C等总线操作

原代码中的isrLightSample()函数违反了这些原则，它包含了：

• 传感器状态读取
• 高级数据读取(advancedRead)
• 能量计算(computeEnergy)
• LoRa数据发送

解决方案

正确的实现方式应该是：

1. 在ISR中仅设置标志位或记录必要的最小信息
2. 在主循环中检查标志位并执行实际处理
3. 将复杂的传感器操作和LoRa通信移至主线程

修改后的伪代码结构如下：

volatile bool sensorInterruptFlag = false;

void isrLightSample() {
  sensorInterruptFlag = true;
}

void loop() {
  if(sensorInterruptFlag) {
    sensorInterruptFlag = false;
    // 执行实际的传感器读取和数据处理
    advancedRead();
    computeEnergy();
  }
}

性能优化建议

1. 考虑使用定时器中断替代GPIO中断进行周期性采样
2. 实现双缓冲机制避免数据竞争
3. 对LoRa通信采用异步方式，避免阻塞主循环
4. 合理设置传感器采样频率，平衡功耗和性能

总结

这个问题表面上看似是LoRa库与I2C传感器的冲突，实际上揭示了嵌入式系统中中断处理不当导致的系统稳定性问题。通过重构中断处理逻辑，不仅解决了功能异常，还能提高系统整体可靠性和响应性。这也提醒开发者在编写中断服务程序时，必须严格遵守嵌入式系统的最佳实践。