基于MSP430的智能家居實時監控系統設計

郭祥東

（福州職業技術學院交通工程系，福建 福州 350108）

基于MSP430的智能家居實時監控系統設計

郭祥東

（福州職業技術學院交通工程系，福建 福州 350108）

為了實現對家居智能化控制，本文在對智能家居的相關技術進行研究的基礎上，提出并開發了基于MSP430 單片機的一套智能家居環境實時監測控制系統，將家居產品集成一個系統，使人們的日常生活更加方便、快捷。利用GSM通信技術實現用戶的遠程控制。為人們提供一個更好，更舒適、安心的家居環境。系統具有易于實現、方便操作、采集精度高、低成本、實用性強、可靠性高等特點。

MSP430；智能家居；傳感器；實時監控

隨著數字信息技術和網絡技術的高速發展，人們的工作、生活與通訊、信息的關系日益緊密，通過將數字信息技術與通訊技術應用于家庭管理中，從而使得家庭生活更智能、舒適。智能家居就是秉承這一理念應運而生的，智能家居通過將數字技術、計算機技術以及無線通訊技術以及傳感器技術有機結合，從而可以更為合理、智能的對家庭中的各種家用電器以及各類電子設備進行管理，從而在家庭中構建起高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統。下文將以MSP430單片機作為控制核心設計一套智能家居監控系統。

1 智能家居監控系統設計原理

整套智能家居監控系統由上、下位機兩部分組成，其中上位機是以MSP430單片機作為核心控制模塊，同時包含有檢測、紅外監測、家居控制以及通信、報警等多個模塊。下位機主要是由傳感器和控制部分組成，在智能家居監控系統工作時由下位機中的各類傳感器將采集到的信息傳遞給MSP430 單片機，然后MSP430 單片機將相關數據傳送到上位機，利用CPU 控制各個模塊運行，同時接受上位機的干預控制，上位機對采回的各個傳感器的數據處理分析，通過GSM 通信模塊與用戶進行數據交換，并將家庭中的各項數據實時傳輸到各種手持設備以及PC 客戶端，用戶可以通過以上設備輕松的實現對于家庭電器的遠程控制。智能家居監控系統的組成如圖1所示。

圖1 系統結構圖

圖2 系統軟件流程圖

2 智能家居監控系統的硬件組成

2.1 中央處理模塊

智能家居監控系統的硬件組成中采用MSP430F1611型單片機作為中央控制單元，其主要被應用于完成對于傳感器管理以及數據處理、數據傳送等功能。該芯片是MSP430X161X系列中功能最強的16位RISC超低功耗混合型微控制器。其工作電壓控制在1.8V～3.6V，時鐘為1MH，其功耗為0.1mA～400mA，是一種極為優秀的超低功耗混合型控制器，其能夠在-40℃～+85℃的溫度范圍內正常工作，是一種低功耗、高性能、高可靠性的控制器。

2.2 家居檢測模塊

該模塊由CC2530 射頻芯片和傳感器組成，通過與溫度、濕度、煙霧的等傳感器進行數據交換實現對于屋內環境的檢測。

2.2.1 溫濕度傳感器SHT11

SHT11 數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。其采用專用的數字模塊完善數據的采集與傳輸，確保了采集數據的可靠性，避免了各種干擾對于采集數據的影響。傳感器主要是由一個電阻式感濕元件和一個NTC 測溫元件組成，并將其與一個8位單片機進行連接，簡單可靠、響應速度快，抗干擾能力強，具有極高的性價比。

2.2.2 煙霧傳感器MQ-2

MQ-2 氣體傳感器主要被用來對家庭中的液化氣、丙烷、氫氣、天然氣等可燃性氣體進行檢測，避免因氣體泄漏造成家庭安全隱患。其主要是由氣體傳感器、MSP430 單片機P6 端口等組成，通過使用單片機自帶的AD 轉化電路將傳輸來的模擬信號進行轉化并傳輸到智能家居監控系統中。系統通過將數據與系統中的安全設定進行對比來確定是否發出報警信號。

2.2.3 可見光照強度傳感器BH1750FVI

可見光照強度傳感器用BH1750FVI芯片，通過對家庭中的光照強度進行檢測，并自動將光照強度調節成適合人居住的柔和光強，并使用熱紅外技術對房間進行檢測，當檢測到房間內沒有人員后將燈熄滅，并在檢測到有人進入后將燈打開至適當亮度，人離開后燈熄滅，實現對于燈具的智能化控制。

2.2.4 CC2530 芯片

本設計采用美國TI 公司生產的CC2530 射頻芯片來完成組網通信。

2.3 智能家居監控系統中的紅外監測模塊

智能家居監控系統采用采用普通雙源被動紅外傳感器LH-912E作為紅外監測模塊，實現對于屋內人員的智能檢測。

2.4 報警模塊

報警模塊主要由：闖入報警，可燃氣體報警，過載報警等功能組成。當發生報警時，報警模塊將在室內產生聲光報警，并通過GSM 模塊向屋主人發送短信提示。同時當發生可燃性氣體泄漏報警時，報警模塊通過設置在燃氣管路中的控制裝置實現對于燃氣和電源的關閉，避免發生意外。

2.5 智能家居監控系統中的家居控制模塊

智能家居監控系統中的家居控制主要實現對于家庭中的燈光、空調和門窗的遠程控制。使居住人員可以極為方便的通過使用移動設備作為控制終端來完成對于各燈具的開關、調光等操作。

2.6 智能家居監控系統中的GSM 通迅模塊

智能家居 中的GSM 通訊模塊使用SIMCOM 公司的SIM900A ，省電、自動搜索頻段等優點。方便用戶與智能家居監控系統以及智能家居監控系統中的上位機與下位機進行通訊。

2.7 電源模塊

由于MSP430 單片機采用的是3.3V電源供電，在確保電源供電能力的基礎上使用3.3V 穩壓芯片將5V 電壓轉換成3.3V來對智能家居監控系統中的單片機進行供電。在本設計中采用AMS1117作為主要的穩壓芯片，具有供電穩定、抗干擾能力強等優點。

3 智能家居監控系統中的軟件設計

完成了對于智能家居監控系統硬件設計后需要完成對于系統的軟件設備，其采用模塊化的設計思路完成主程序、終端采集子程序、無線通信子程序、RS232 通信子程序等的編制。同時在系統工作時需要對各元件工作狀態進行檢測，發現問題需要及時報警。

3.2.1 下位機設計

下位機系統軟件采用模塊化設計方法，由主程序、串口通訊、AD 轉化、傳感器等模塊子程序構成。在進行軟件編制時使用C 語言在IAR的軟件編程環境下進行軟件的編制。

3.2.2 上位機軟件設計

利用RS232 通信接口標準，傳輸波特率為9600kbps 。上位機與下位機具體通訊步驟包括初始化串口、建立握手信號、發送數據、接收數據和關閉串口。具體的智能家居監控系統工作流程圖如圖2所示。

結語

隨著科技的發展與科學技術的進步，數字技術、信息化技術以及智能技術被越來越多的應用于生產生活中。智能家居就是以上技術應用較為典型的代表。通過將數字技術、信息化技術以及智能技術應用于智能家居中可以使得用戶方便的對家庭中的各種電器、電燈等智能化的控制。本文在分析智能家居監控系統組成的基礎上采用MSP430單片機完成了對于智能家居實時監控系統設計，并對組成智能家居實時監控系統中的各個組成部分進行分析介紹。智能家居實時監控系統能夠實時有效地監控室內環境的溫度、濕度、亮度、有害氣體及非法入侵等情況，對各種環境變化做出相應的處理動作，實現了對家居電器進行本地和遠程的無線監控，具有較高的實用價值。

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