基于MSP430单片机的智能照明控制系统的设计

2014-06-26蔡加星

安徽理工大学学报（自然科学版） 2014年2期

周莉，陈杰，蔡加星

(安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽淮南 232001)

随着经济的发展和社会的进步，生活中的照明系统也日趋智能化和节能化。传统的照明只有开、关，无逻辑时序及亮、暗调光控制，因此主要依赖于人们的主动性。然而智能照明系统主要在很大一定程度上尽可能的满足人们的生活、工作、学习的需求，它主要是通过主电源经过可编程控制后实现，LED照明系统全自动的实现人们预先设定的适合的照明效果，从而使照明更加智能化及人性化。另外智能照明还有减少不必要的耗电进而达到良好的节约资源的效果，它主要通过充分利用大自然的光作为光源，以人工光作为补偿，结合室内有无人员情况，在室内光不足以满足人们视觉需要时才启用照明灯，经使用证明此种方式节能可达30%上下，可见效果明显。通过智能可以让室内照明减少过多的长明灯，也避免了很大的资源浪费。

1 系统设计

系统由红外探测模块、单片机控制模块、照度探测模块、驱动模块等构成(见图1)。智能照明控制器先利用红外探测模块采集信息传送给主控制器单片机来判断室内是否有人，进而去控制照明驱动电路的开关是否闭合，再根据光照度探测模块采集到的信号送往单片机，单片机根据此信号去控制输出PWM波的占空比，进而调节照明灯的光照强度来达到恒光照照明。

图1 系统的硬件结构框图

2 硬件部分

2.1 中心控制模块

在单片机控制器的选择上，本文采用TI公司生产的 MSP430系列单片机中的 MSP430F149。MSP430系列单片机是美国德州仪器公司(WI)近几年开发的新一代单片机，该单片机在设计上采用了全新的概念，其功能远超过其他系列单片机的功能故称之为混合型单片机。另外其具有外设丰富，很低功耗，应用范围非常广阔。MSP430F149单片机的低功耗和易于开发的特点符合照明控制系统的节能要求，是较为理想的选择。

2.2 照度探测模块

基于对本系统的稳定性和可靠性的考虑，采用ZD系列光照度变送器进行采光，因为其采用对弱光也有较高灵敏度的硅兰光伏探测器作为传感器，具有测量范围宽、线性度好、便于安装、传输距离远等特点，故特别适合用于照明。而对于探测室内光照度来说，本系统采用光照度传感器组成的转换电路将光照强度转换为电压信号，再输入到AD转换器进行转换。

ZD系列光照度变送器与MSP43OF149单片机的连接电路如图2所示。由于ZD系列光照度变送器的输出电压要小5 V，单片机MSP430F149的A/D采集通道P6.0口的参考电压为2.5V，所以在光照度变送器OUT输出管脚接上两个10 kΩ的电阻对输出的电压信号进行分压处理。

图2 光照度变送器与MSP43OF149单片机的连接电路图

2.3 红外探测模块

系统中的红外探测模块中用到热释电红外线传感器，其主要是由一种高热电系数的广谱材料制成尺寸为2 mm×1 mm的探测元件，其探测波长灵敏度范围在0.2μ到20μ之间，而人体温度一般在37度上下小范围内浮动，人体辐射的红外线中心波长在9μ到10μ之间，为了使热释电红外线传感器探测灵敏度尽可能在系统需要的范围内，因此在该传感器的窗口上增加干涉滤波片，这样就有了刚好适合探测人体辐射的红外线传感器。

由热释电红外线传感器变化缓慢、幅值小的特点，该模块采用专用信号处理器BIS0001来完成对热释电传感器输出信号的处理。BIS0001有两种工作方式，将引脚A置1为可重复触发方式，置0则为不可重复触发方式。本系统采用可触发方式，热释电红外线传感器的信号处理电路如图3所示。

图3 热释电红外线传感器的信号处理电路图

红外人体感应模块与单片机的连接如图4所示，由9V电压经过LM7808及电容稳压滤波后供电给红外传感器，输出信号接10kΩ的电阻最后输出接到单片机MSP430F149的I/O接口Pl.0，最终实现对传感器输出状态的检测。

图4 红外人体感应模块与单片机的连接图

2.4 驱动模块

本系统的驱动模块由AME5142芯片构成，驱动电路如图5所示。在滤波后的PWM信号下可以产生一个可调的直流电压，在调光控制上可以被用来取代可变直流电源。如直流电压源变化范围从0伏到3伏时，调光控制照明电流的设定为20毫安到0毫安。

图5 驱动电路图

3 系统软件设计

系统先进行初始化，然后红外传感器模块进行信息采集，若是高电平就点亮照明系统，接着对光照度模块采集的值与设定值进行比较，若差值小于某一范围内则回到大循环初始化，若不小于则通过调节PWM波的占空比来调节光照。系统软件流程如图6所示。

图6 系统软件流程图

4 结论

本系统以MSP430系列单片机作为核心，以热释电红外传感器接收到的信号经过BIS0001专用信号处理器处理后，通过单片机接受的信号判断是否需要接通照明系统，然后经过对光照亮度传感器的信息采集处理决定对光照强度的调节，进而实现智能照明。在选择主控制器时，选用了超低功耗单片机，使本系统真正实现智能节能的目的。

[1]许嘉宏.智能照明系统在现代建筑照明中的应用与研究[J］.建筑论坛与建筑设计，2007，27(4):74-77.

[2]周晓伟，蔡建平，郑增威，等.新型室内照明智能控制系统的研究与实现[J］.计算机研究，2009，26(8):2 977-2 981.

[3]胡兴军.发展中的智能照明系统[J］.光源与照明，2004(3):44-46.

[4]杨光.智能照明控制系统及其应用[J］.福建建设科技，2007(2):49-50.

[5]张艳雯.教室照明的经济性分析及节能措施[J］.岳阳师范学院学报:自然科学版，2001，14(2):73-75.

[6]冯义飞.教室照明智能控制的设计与开发[D］.合肥:合肥工业大学，2007.

[7]沈建华，杨艳琴，翟骁曙，等.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，2004:138-142.

[8]魏小龙.MSP430单片机接口技术及系统设计实例[M］.北京:北京航天航空大学，2002:354-366.

[9]周晓伟，蔡建平，郑增威，等.新型室内照明智能控制系统的研究与实现[J］.计算机应用研究，2009(8):2 977-2 981.

[10]秦龙.MSP430单片机应用系统开发典型实例[M］.北京:电力出版社，2005:117-123.

[11]陈岁生，卢建刚.基于智能检测技术的室内照明系统[J］.机电工程技术，2008，37(5):53-55.

[12]郑宏.浅谈热释电红外线传感器 RE200B的应用[J］.中国高新技术企业，2008(18):119-121.