基于MSP430的智能家居環境控制系統設計

榆林學院能源工程學院 萬增利

現代人對智能家居環境設計的終極要求是環境舒適、安全、便捷。本文依此要求為目的設計一個智能化的家居環境，本設計采用MSP430單片機作為整個系統的核心處理器，利用DS18B20溫度傳感器、MQ-7一氧化碳氣體檢測模塊、HC-SR501紅外防盜模塊、GY30光敏傳感器等模塊對家居環境中的溫度、CO、光照強度、紅外線等進行實時檢測與預警。并且配合使用聲光報警電路、換氣扇繼電器、燈光繼電器等后端調控器件，對溫度、CO濃度、光強等物理量進行適當的調控。經過硬件測試和軟件調試之后，本系統可以滿足對溫度、CO、光強、紅外等物理量的檢測與監測功能，基本實現了智能家居安防系統的功能，可正常運行、使用。

計算機技術、軟件技術以及人工智能等技術的不斷發展促進了現代人對家居環境的要求也不斷在提高，智能化是衡量家居環境的最重要的指標之一[1-3]，本文設計一套智能化家居環境監測系統，該系統主要采用單片機作為主要核心部件，傳感器原件作為監測器件，其他輔助原件作為調控器件實現對智能化家居環境的實時監測和調控，該系統結簡單、價格低廉、可靠性較強，基本能實現設計的總體要求，具有較強的推廣應用價值。

1 系統總體結構設計

基于MSP430的智能家居安防系統設計的硬件電路框圖如圖1所示。

圖1 系統結構框圖Fig.1 System structure block diagram

本次設計的系統的工作原理是：采用MSP430單片機作為核心處理與控制芯片，各傳感器監測模塊對家居環境進行溫度、CO氣體、光照強度、防盜防入侵等實現實時數據檢測，當傳感器模塊中的任一模塊采集到的數值與設定值存在偏差或者不符時，后端調控電路產生調節控制動作。

主控原件：MS P430F149是一種新型的混合信號處理器，采用了美國德州儀器公司最新低功耗技術，它將大量的外圍模塊整合到片內，特別適合于開發和設計單片系統[4]。

傳感器模塊包括：溫度傳感器、光敏電阻傳感器模塊、人體紅外感應模塊、一氧化碳氣體傳感器模塊[5,6]。

后端調控電路包括：報警電路、燈光控制電路和風扇控制電路部件，用來加強智能家居安防系統的實用功能[7,8]。

2 硬件部分設計

2.1 顯示電路設計

本設計顯示電路采用LCD12864液晶顯示屏進行顯示。MSP430F149的I/O口數量比較多，為了以后增加其他功能模塊，所以顯示器與單片機的通信方式采用串口通信。系統正常運行以后，顯示器顯示溫度檢測數值、CO、光照強度、紅外入侵等信息。本設計中單片機與LCD12864顯示器接口如圖2所示。

圖2 LCD12864顯示器接口電路Fig.2 LCD12864 display interface circuit

2.2 報警電路設計

本設計中報警模塊使用LED元器件。電路圖如圖3所示。當單片機輸出高電平時，NLED亮；當單片機輸出低電平時，LED不亮。

圖3 聲光報警電路圖Fig.3 Sound and light alarm circuit diagram

2.3 溫度檢測模塊電路設計

本設計部分使用DS18B20溫度傳感器與單片機直接連接的方式，用來實現溫度檢測的功能。本設計的電路如圖4所示。

圖4 溫度檢測模塊原理圖Fig.4 Schematic diagram of temperature detection module

2.4 人體紅外感應電路設計

本設計使用人體紅外感應模塊與單片機連接的方式直接連接，用來可以實現智能家居環境的紅外防盜防入侵功能。本設計的原理圖如圖5所示。

圖5 紅外防盜防入侵電路原理圖Fig.5 Schematic diagram of infrared anti-theft and antiintrusion circuit

2.5 電源電路設計

本系統中硬件的傳感器模塊與單片機供電各不相同，其中的傳感器模塊需要DC+5V供電、MSP430F149單片機不同于51單片機是需要DC+3.3V來提供電壓的。本設計中的電源電路如圖6所示。

圖6 電源電路設計圖Fig.6 Power circuit design diagram

本設計系統中由于各部分所需要的工作電壓是不同，涉及要使用兩種電壓。本設計中電源電路部分共分為兩個部分，具體如下：

第一部分的輸入電壓是DC+5V，供各傳感器正常工作使用；

第二部分中使用了AMS1117芯片，作用是將電壓由DC+5V調理到DC+3.3V。

3 程序系統流程圖

基于MSP430單片機的智能家居環境控制系統采用模塊化思想。根據所要完成的任務，將系統軟件分為主程序模塊、溫度采集模塊、數據處理模塊、鍵盤模塊、顯示模塊和溫度控制模塊。程序開始的時候先初始化，檢測模塊開始采集個單元數據并傳送給單片機，通過單片機控制顯示模塊進行顯示，系統自動對比檢測值是否達到了預設閾值。如果鍵盤電路有預設值的話，那么系統根據預設值的要求給繼電器下達指令，繼電器啟動相應的裝置，控制溫度達到設定值。溫度傳感器繼續讀取當前的溫度值，如果沒有達到預設值的范圍，系統繼續進行循環。當系統采集到的候溫度高于預設溫度，則啟動報警電路并停止加熱。基本的程序流程框圖如圖7所示。

圖7 系統的程序流程圖Fig.7 Program flow chart of the system

4 硬件調試

通過搭建硬件平臺，對所設計的系統進行模塊化調試，經多次模塊化調試發現各個模塊均能合理運行，在模塊化調試之后再進行集成調試，經過調試本次設計的控制系統能夠合理的運行，達到了本次設計的目的。

5 結論

本次設計基于MSP430單片機的智能家居環境監測系統，以MSP430單片機為核心處理器，利用DS18B20溫度傳感器、MQ-7一氧化碳氣體檢測模塊、HC-SR501紅外防盜模塊、GY30光敏傳感器等模塊對家居環境中的溫度、CO、光照強度、紅外線等進行實時檢測與預警，并且配合使用聲光報警電路、換氣扇繼電器、燈光繼電器等后端調控器件，對溫度、CO濃度、光強等物理量進行適當的調控。經過硬件測試和軟件調試之后，本系統可以滿足對溫度、CO、光強、紅外等物理量的檢測，與監測功能基本實現了智能家居安防系統的功能，可正常運行、使用。

引用

[1] 孫曉慶.基于無線通訊的智能家居防盜系統研究與設計[D].長沙:湖南大學,2012:66.

[2] 張偉宏.論物聯網下智能家居發展及趨勢電腦與信息技術[J].電腦與信息技術,2014,22(3):60-63.

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[5] 吳健輝,袁科,譚夢霞.基于MSP430單片機的多傳感器家居安全告警系統設計[J].湖南理工學院學報(自科版),2014,27(4):17-23.

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[7] 褚超群,陳松,劉志杰.基于MSP430的一氧化碳報警系統設計[J].中國科技信息,2014(1):110-111.

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