基于MSP430的智能家居环境控制系统设计

榆林学院能源工程学院 万增利

现代人对智能家居环境设计的终极要求是环境舒适、安全、便捷。本文依此要求为目的设计一个智能化的家居环境，本设计采用MSP430单片机作为整个系统的核心处理器，利用DS18B20温度传感器、MQ-7一氧化碳气体检测模块、HC-SR501红外防盗模块、GY30光敏传感器等模块对家居环境中的温度、CO、光照强度、红外线等进行实时检测与预警。并且配合使用声光报警电路、换气扇继电器、灯光继电器等后端调控器件，对温度、CO浓度、光强等物理量进行适当的调控。经过硬件测试和软件调试之后，本系统可以满足对温度、CO、光强、红外等物理量的检测与监测功能，基本实现了智能家居安防系统的功能，可正常运行、使用。

计算机技术、软件技术以及人工智能等技术的不断发展促进了现代人对家居环境的要求也不断在提高，智能化是衡量家居环境的最重要的指标之一[1-3]，本文设计一套智能化家居环境监测系统，该系统主要采用单片机作为主要核心部件，传感器原件作为监测器件，其他辅助原件作为调控器件实现对智能化家居环境的实时监测和调控，该系统结简单、价格低廉、可靠性较强，基本能实现设计的总体要求，具有较强的推广应用价值。

1 系统总体结构设计

基于MSP430的智能家居安防系统设计的硬件电路框图如图1所示。

图1 系统结构框图Fig.1 System structure block diagram

本次设计的系统的工作原理是：采用MSP430单片机作为核心处理与控制芯片，各传感器监测模块对家居环境进行温度、CO气体、光照强度、防盗防入侵等实现实时数据检测，当传感器模块中的任一模块采集到的数值与设定值存在偏差或者不符时，后端调控电路产生调节控制动作。

主控原件：MS P430F149是一种新型的混合信号处理器，采用了美国德州仪器公司最新低功耗技术，它将大量的外围模块整合到片内，特别适合于开发和设计单片系统[4]。

传感器模块包括：温度传感器、光敏电阻传感器模块、人体红外感应模块、一氧化碳气体传感器模块[5,6]。

后端调控电路包括：报警电路、灯光控制电路和风扇控制电路部件，用来加强智能家居安防系统的实用功能[7,8]。

2 硬件部分设计

2.1 显示电路设计

本设计显示电路采用LCD12864液晶显示屏进行显示。MSP430F149的I/O口数量比较多，为了以后增加其他功能模块，所以显示器与单片机的通信方式采用串口通信。系统正常运行以后，显示器显示温度检测数值、CO、光照强度、红外入侵等信息。本设计中单片机与LCD12864显示器接口如图2所示。

图2 LCD12864显示器接口电路Fig.2 LCD12864 display interface circuit

2.2 报警电路设计

本设计中报警模块使用LED元器件。电路图如图3所示。当单片机输出高电平时，NLED亮；当单片机输出低电平时，LED不亮。

图3 声光报警电路图Fig.3 Sound and light alarm circuit diagram

2.3 温度检测模块电路设计

本设计部分使用DS18B20温度传感器与单片机直接连接的方式，用来实现温度检测的功能。本设计的电路如图4所示。

图4 温度检测模块原理图Fig.4 Schematic diagram of temperature detection module

2.4 人体红外感应电路设计

本设计使用人体红外感应模块与单片机连接的方式直接连接，用来可以实现智能家居环境的红外防盗防入侵功能。本设计的原理图如图5所示。

图5 红外防盗防入侵电路原理图Fig.5 Schematic diagram of infrared anti-theft and antiintrusion circuit

2.5 电源电路设计

本系统中硬件的传感器模块与单片机供电各不相同，其中的传感器模块需要DC+5V供电、MSP430F149单片机不同于51单片机是需要DC+3.3V来提供电压的。本设计中的电源电路如图6所示。

图6 电源电路设计图Fig.6 Power circuit design diagram

本设计系统中由于各部分所需要的工作电压是不同，涉及要使用两种电压。本设计中电源电路部分共分为两个部分，具体如下：

第一部分的输入电压是DC+5V，供各传感器正常工作使用；

第二部分中使用了AMS1117芯片，作用是将电压由DC+5V调理到DC+3.3V。

3 程序系统流程图

基于MSP430单片机的智能家居环境控制系统采用模块化思想。根据所要完成的任务，将系统软件分为主程序模块、温度采集模块、数据处理模块、键盘模块、显示模块和温度控制模块。程序开始的时候先初始化，检测模块开始采集个单元数据并传送给单片机，通过单片机控制显示模块进行显示，系统自动对比检测值是否达到了预设阈值。如果键盘电路有预设值的话，那么系统根据预设值的要求给继电器下达指令，继电器启动相应的装置，控制温度达到设定值。温度传感器继续读取当前的温度值，如果没有达到预设值的范围，系统继续进行循环。当系统采集到的候温度高于预设温度，则启动报警电路并停止加热。基本的程序流程框图如图7所示。

图7 系统的程序流程图Fig.7 Program flow chart of the system

4 硬件调试

通过搭建硬件平台，对所设计的系统进行模块化调试，经多次模块化调试发现各个模块均能合理运行，在模块化调试之后再进行集成调试，经过调试本次设计的控制系统能够合理的运行，达到了本次设计的目的。

5 结论

本次设计基于MSP430单片机的智能家居环境监测系统，以MSP430单片机为核心处理器，利用DS18B20温度传感器、MQ-7一氧化碳气体检测模块、HC-SR501红外防盗模块、GY30光敏传感器等模块对家居环境中的温度、CO、光照强度、红外线等进行实时检测与预警，并且配合使用声光报警电路、换气扇继电器、灯光继电器等后端调控器件，对温度、CO浓度、光强等物理量进行适当的调控。经过硬件测试和软件调试之后，本系统可以满足对温度、CO、光强、红外等物理量的检测，与监测功能基本实现了智能家居安防系统的功能，可正常运行、使用。

引用

[1] 孙晓庆.基于无线通讯的智能家居防盗系统研究与设计[D].长沙:湖南大学,2012:66.

[2] 张伟宏.论物联网下智能家居发展及趋势电脑与信息技术[J].电脑与信息技术,2014,22(3):60-63.

[3] 郭玉芬.基于MSP430G2553的大棚智能监控系统设计[J].科技创新导报,2014(28):113-114.

[4] 瞿少成,曲豪,张昆明.基于MSP430单片机的光电烟雾探测器设计[J].微计算机信息,2008,24(35):87-88.

[5] 吴健辉,袁科,谭梦霞.基于MSP430单片机的多传感器家居安全告警系统设计[J].湖南理工学院学报(自科版),2014,27(4):17-23.

[6] 张飞,孙旭,张仕玲.基于MSP430F149单片机的煤气泄露监测与报警系统的设计[J].中国集成电路,2011,20(8):68-71.

[7] 褚超群,陈松,刘志杰.基于MSP430的一氧化碳报警系统设计[J].中国科技信息,2014(1):110-111.

[8] 吴琦,冷报春,赖东寅.基于MSP430G2553的家用光照及温度检测系统设计[J].甘肃科技,2013,29(10):20-22.