基于MSP430的智能家居实时监控系统设计

郭祥东

（福州职业技术学院交通工程系，福建 福州 350108）

基于MSP430的智能家居实时监控系统设计

郭祥东

（福州职业技术学院交通工程系，福建 福州 350108）

为了实现对家居智能化控制，本文在对智能家居的相关技术进行研究的基础上，提出并开发了基于MSP430 单片机的一套智能家居环境实时监测控制系统，将家居产品集成一个系统，使人们的日常生活更加方便、快捷。利用GSM通信技术实现用户的远程控制。为人们提供一个更好，更舒适、安心的家居环境。系统具有易于实现、方便操作、采集精度高、低成本、实用性强、可靠性高等特点。

MSP430；智能家居；传感器；实时监控

随着数字信息技术和网络技术的高速发展，人们的工作、生活与通讯、信息的关系日益紧密，通过将数字信息技术与通讯技术应用于家庭管理中，从而使得家庭生活更智能、舒适。智能家居就是秉承这一理念应运而生的，智能家居通过将数字技术、计算机技术以及无线通讯技术以及传感器技术有机结合，从而可以更为合理、智能的对家庭中的各种家用电器以及各类电子设备进行管理，从而在家庭中构建起高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统。下文将以MSP430单片机作为控制核心设计一套智能家居监控系统。

1 智能家居监控系统设计原理

整套智能家居监控系统由上、下位机两部分组成，其中上位机是以MSP430单片机作为核心控制模块，同时包含有检测、红外监测、家居控制以及通信、报警等多个模块。下位机主要是由传感器和控制部分组成，在智能家居监控系统工作时由下位机中的各类传感器将采集到的信息传递给MSP430 单片机，然后MSP430 单片机将相关数据传送到上位机，利用CPU 控制各个模块运行，同时接受上位机的干预控制，上位机对采回的各个传感器的数据处理分析，通过GSM 通信模块与用户进行数据交换，并将家庭中的各项数据实时传输到各种手持设备以及PC 客户端，用户可以通过以上设备轻松的实现对于家庭电器的远程控制。智能家居监控系统的组成如图1所示。

图1 系统结构图

图2 系统软件流程图

2 智能家居监控系统的硬件组成

2.1 中央处理模块

智能家居监控系统的硬件组成中采用MSP430F1611型单片机作为中央控制单元，其主要被应用于完成对于传感器管理以及数据处理、数据传送等功能。该芯片是MSP430X161X系列中功能最强的16位RISC超低功耗混合型微控制器。其工作电压控制在1.8V～3.6V，时钟为1MH，其功耗为0.1mA～400mA，是一种极为优秀的超低功耗混合型控制器，其能够在-40℃～+85℃的温度范围内正常工作，是一种低功耗、高性能、高可靠性的控制器。

2.2 家居检测模块

该模块由CC2530 射频芯片和传感器组成，通过与温度、湿度、烟雾的等传感器进行数据交换实现对于屋内环境的检测。

2.2.1 温湿度传感器SHT11

SHT11 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。其采用专用的数字模块完善数据的采集与传输，确保了采集数据的可靠性，避免了各种干扰对于采集数据的影响。传感器主要是由一个电阻式感湿元件和一个NTC 测温元件组成，并将其与一个8位单片机进行连接，简单可靠、响应速度快，抗干扰能力强，具有极高的性价比。

2.2.2 烟雾传感器MQ-2

MQ-2 气体传感器主要被用来对家庭中的液化气、丙烷、氢气、天然气等可燃性气体进行检测，避免因气体泄漏造成家庭安全隐患。其主要是由气体传感器、MSP430 单片机P6 端口等组成，通过使用单片机自带的AD 转化电路将传输来的模拟信号进行转化并传输到智能家居监控系统中。系统通过将数据与系统中的安全设定进行对比来确定是否发出报警信号。

2.2.3 可见光照强度传感器BH1750FVI

可见光照强度传感器用BH1750FVI芯片，通过对家庭中的光照强度进行检测，并自动将光照强度调节成适合人居住的柔和光强，并使用热红外技术对房间进行检测，当检测到房间内没有人员后将灯熄灭，并在检测到有人进入后将灯打开至适当亮度，人离开后灯熄灭，实现对于灯具的智能化控制。

2.2.4 CC2530 芯片

本设计采用美国TI 公司生产的CC2530 射频芯片来完成组网通信。

2.3 智能家居监控系统中的红外监测模块

智能家居监控系统采用采用普通双源被动红外传感器LH-912E作为红外监测模块，实现对于屋内人员的智能检测。

2.4 报警模块

报警模块主要由：闯入报警，可燃气体报警，过载报警等功能组成。当发生报警时，报警模块将在室内产生声光报警，并通过GSM 模块向屋主人发送短信提示。同时当发生可燃性气体泄漏报警时，报警模块通过设置在燃气管路中的控制装置实现对于燃气和电源的关闭，避免发生意外。

2.5 智能家居监控系统中的家居控制模块

智能家居监控系统中的家居控制主要实现对于家庭中的灯光、空调和门窗的远程控制。使居住人员可以极为方便的通过使用移动设备作为控制终端来完成对于各灯具的开关、调光等操作。

2.6 智能家居监控系统中的GSM 通迅模块

智能家居 中的GSM 通讯模块使用SIMCOM 公司的SIM900A ，省电、自动搜索频段等优点。方便用户与智能家居监控系统以及智能家居监控系统中的上位机与下位机进行通讯。

2.7 电源模块

由于MSP430 单片机采用的是3.3V电源供电，在确保电源供电能力的基础上使用3.3V 稳压芯片将5V 电压转换成3.3V来对智能家居监控系统中的单片机进行供电。在本设计中采用AMS1117作为主要的稳压芯片，具有供电稳定、抗干扰能力强等优点。

3 智能家居监控系统中的软件设计

完成了对于智能家居监控系统硬件设计后需要完成对于系统的软件设备，其采用模块化的设计思路完成主程序、终端采集子程序、无线通信子程序、RS232 通信子程序等的编制。同时在系统工作时需要对各元件工作状态进行检测，发现问题需要及时报警。

3.2.1 下位机设计

下位机系统软件采用模块化设计方法，由主程序、串口通讯、AD 转化、传感器等模块子程序构成。在进行软件编制时使用C 语言在IAR的软件编程环境下进行软件的编制。

3.2.2 上位机软件设计

利用RS232 通信接口标准，传输波特率为9600kbps 。上位机与下位机具体通讯步骤包括初始化串口、建立握手信号、发送数据、接收数据和关闭串口。具体的智能家居监控系统工作流程图如图2所示。

结语

随着科技的发展与科学技术的进步，数字技术、信息化技术以及智能技术被越来越多的应用于生产生活中。智能家居就是以上技术应用较为典型的代表。通过将数字技术、信息化技术以及智能技术应用于智能家居中可以使得用户方便的对家庭中的各种电器、电灯等智能化的控制。本文在分析智能家居监控系统组成的基础上采用MSP430单片机完成了对于智能家居实时监控系统设计，并对组成智能家居实时监控系统中的各个组成部分进行分析介绍。智能家居实时监控系统能够实时有效地监控室内环境的温度、湿度、亮度、有害气体及非法入侵等情况，对各种环境变化做出相应的处理动作，实现了对家居电器进行本地和远程的无线监控，具有较高的实用价值。

[1]代家强，孙智卿.基于无线网络技术的智能家居能量管理系统开发及需求侧管理应用研究[J].陕西电力，2013（10）：39-43.

[2]秦龙.MSP430单片机应用系统开发典型实例[M].北京：中国电力出版社，2005.

[3]王龙山，马珺.基于物联网的家居综合监测系统[J].电子技术应用，2013（39）：78-81.

[4]陈杰，黄鸿.传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，2008.

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