基于msp430的智能家居模拟系统的设计

[摘 要]本文介绍了基于msp430的智能家居模拟系统的设计方案。该系统系统以MSP430f149 单片机为系统核心部件，光敏电阻作为开关，控制一个5V的直流电机，通过电机的正转以及反转来模拟窗帘的拉开或是合上，温湿度传感器检测实时的温度和湿度，液晶显示时间日期和室内的温湿度。系统具有易于实现、采集精度高、低成本、实用性强、可靠性高等特点。

[关键词]智能家居；温湿度；光敏电阻；msp430

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0136-02

1 引言

目前，随着时代的发展和社会的不断进步，以及人们物质生活水平的提高，对家居生活环境的要求也越来越高，由此就诞生了一个新兴的家装领域，即智能家居系统。智能家居系统不仅优化了人们的生活方式和居住环境，而且方便人们有效地安排时间和节约各种能源。本文利用MSP430F149 单片机实现了对智能家居的控制和管理的模拟，该系统具有以下功能和特点：

1、通过光敏电阻来感测外界光线，通过直流电机转动来实现窗帘的拉开与合上，当光强强时（表示此时为白天）窗帘拉开（即电机正转），当光强弱时（表示此时是夜晚）窗帘合上（即电机反转）；

2、能通过温湿度传感器DHT11检测室内的温湿度；设定一温度范围，当实时的温度低于设定温度的最低限度时，空调开始制热（用LED灯来表示），当实时的温度高于设定温度的最高限度时，空调开始制冷（用LED灯来表示）。

3、LCD12864液晶显示当前日期、时间、温度和湿度。

4、具有闹钟时间手动输入设置、温度范围手动设置。

2 系统硬件设计

本系统采用的主控制单元是美国TI公司开发的16 位超低功耗，高性能微处理器MSP430F149， 与电机模块、光控模块、液晶显示模块、温湿度采集模块、按键输入模块、时钟模块等电路一起构成了基于MSP430智能家居模拟系统。系统硬件结构如图1 所示。

2.1 MSP430F149控制器

MSP 430 F149单片机是TI 公司推出的功能强大的超低功耗、具有精简指令集（RISC）的16 位混合信号处理器（Mixed Signal Processor）。该单片机具有统一的中断管理、丰富的片上模块、片内有精密硬件乘法器、两个16 位定时器、一个8 路的12 位的模数转换器、6 路P 口、两路USART 通信端口、一个比较器、一个DCO 内部振荡器和两个外部时钟。MSP430F149芯片使用LQFP64封装，管脚分布图如下图2所示：

2.2 LCD12864显示模块

12864C-1 是一种具有4 位/8 位并行、2 线或3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64， 内置8192 个16*16 点汉字，和128 个16*8 点ASCII 字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4 行16×16 点阵的汉字.也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。

LCD12864液晶屏主要由单片机MSP430F149的P4及P5部分IO口来控制，如图3所示：

其中RS、RW、EC 分别为寄存器选择、读写信号、使能信号，为与其他模块共用的管

脚，分别与单片机P55、P56、P57 相连接。AD0～AD7 为并行数据信号线，分别与P40-P47相连接，PSB 和/RST 分别为并/串选择和液晶复位管脚，分别接P50 和P51。

2.3 温湿度DHT11模块

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。该传感器包括一个NTC测温元件和一个电阻式测湿元件，且应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。该传感器主要性能指标和引脚说明如表1、表2所示：

温湿度传感器DHT11主要由单片机MSP430F149的IO口P5.3来控制，如图4所示：

其中DATA为串行接口（单总线），与单片机MSP430F149的IO口P5.3相连接。

2.4 时钟模块

DS1302 实时时钟芯片是美国DALLAS 公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒信息进行计时，且具有闰年补偿等多种功

能，主要特点是采用串行数据传输，采用普通32.768kHz 晶振，工作电压为2.5V～5.5V，

DS1302 内部有一个31×8 的用于临时性存放数据的RAM 寄存器。

采用I/O 口与DS1302 连接，通过MSP430F149 单片机控制，实现内部数据的读取，使用电池供电功能的电池座。DS1302 硬件连接原理如下图5 所示.

DS1302 采用串行数据传输，SCLK 控制线、IO 口线、REST 口线分别与P65、P66、P67相连接。

控制DS1302 的基本读写通过函数的方式，读写函数按照其对应的读写模式时序来实现，该系统设计了备用电池供电，因此，DS1302 在掉电以后将可以继续运行，在程序中，需要对DS1302 的数据进行初始化，设置初始的年月日及时间等信息，设置完后，DS1302 将运行，主程序读取其数据再显示在LCD12864液晶上即可。

2.5 电机模块

电机模块采用的L9110S芯片是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立？电路集成在单？片IC之中，使器件成？本降低，整机可靠性提高。该芯片？有两个？TTL/CMOS？？兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性；两个输出端能直接驱动电机的？正反向运动及刹车，它具有较大的电流驱动能力，每通道能通过750～800mA的持续电？流，峰值电流能力可达1.5～2.0A；同时它具有较低的输出饱和压降；内置的钳位二极管能？释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动？继电器、直？流电？机、步进电机或？开关功率？管的使用上安全可靠。电机模块原理图如图6所示：

此模块能同时驱动两路独立的直流电机，其中JP1、JP2 即与直流电机的接口，直流电机可以直接插到JP1或JP2的1、2口，J1的2～6为直流电机控制口，连接到MSP430F149单片机的P21～P24 口，微控制器输出10或01到J1的3和5，或者J1的4和6，可以分别控制连接JP1的直流电机，或者JP2的直流电机正反转。输出00或者11，可以控制电机的停止。

2.6 光控模块

光控模块能检测周围环境的亮度、光强；输出状态灵敏度可调；输出形式为数字开关量输出（0和1）和模拟量电压输出；采用LM393芯片作为比较器，工作稳定；带电源指示灯（红色）和数字开关量输出指示灯（绿色）。光控模块原理图如图7所示：

其中，J1的2口为开关数字量输出接口（0和1），在环境光强达不到设定阀值时，J1的2口输出高（1）电平，当环境光强超过设定阀值时，J1的2口输出低（0）电平。输出接口J1的2口与MSP430F149单片机P61口连接，通过单片机来检测高低电平变化，由此来检测环境的亮度变化。

3 系统软件设计

本系统软件采用C 语言编程，采用IAR EW430软件编程环境。IAR EW 是瑞典IAR System 公司推出的一种非常有效的嵌入式系统开发工具，它使用户能够充分有效地开发并管理嵌入式应用项目，其界面类似于MS？Visual？C++，可以在Windows平台上运行，功能十分完善，IAR 适用于开发基于8 位，16位以及32 位的处理器的嵌入式系统。

基于MSP430智能家居模拟系统主程序主要由LCD液晶显示子程序、温湿度采集子程序、时钟子程序、电机控制子程序和光控子程序组成，主程序流程图如图8所示：

4 结论

随着人们物质生活水平的提高，对家居生活的品质要求也越来越高，家居的智能化必将成为未来家居装饰潮流发展的新方向。本文作者提出基于MSP430F149单片机的控制系统， 实现智能家居的控制和管理的模拟。

参考文献

[1] 沈建华.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004.

[2] 张永德，卫军峰，高安邦. 基于DSP 智能家居控制系统设计[J] .微计算机信息.2008

[3] 颜丽娜，王顺忠，张铁民. 基于DHT11温湿度测控系统的设计[J]. 海南师范大学学报，2013

[4] 广州奥松电子有限公司. 数字温湿度传感器DHT11 说明书[M]， 2009.

[5] 洪耀球，李香泉，王冬霞. 基于s3c2440 的模拟智能家居系统设计[J] .微计算机信息.2011

[6] 赵海兰，朱剑，赵祥伟. DS1302实时显示时间的原理与应用[J].电子技术，2004（1）