劉旭

[摘 要]本文介紹了基于msp430的智能家居模擬系統(tǒng)的設計方案。該系統(tǒng)系統(tǒng)以MSP430f149 單片機為系統(tǒng)核心部件，光敏電阻作為開關，控制一個5V的直流電機，通過電機的正轉(zhuǎn)以及反轉(zhuǎn)來模擬窗簾的拉開或是合上，溫濕度傳感器檢測實時的溫度和濕度，液晶顯示時間日期和室內(nèi)的溫濕度。系統(tǒng)具有易于實現(xiàn)、采集精度高、低成本、實用性強、可靠性高等特點。

[關鍵詞]智能家居；溫濕度；光敏電阻；msp430

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）03-0136-02

1 引言

目前，隨著時代的發(fā)展和社會的不斷進步，以及人們物質(zhì)生活水平的提高，對家居生活環(huán)境的要求也越來越高，由此就誕生了一個新興的家裝領域，即智能家居系統(tǒng)。智能家居系統(tǒng)不僅優(yōu)化了人們的生活方式和居住環(huán)境，而且方便人們有效地安排時間和節(jié)約各種能源。本文利用MSP430F149 單片機實現(xiàn)了對智能家居的控制和管理的模擬，該系統(tǒng)具有以下功能和特點：

1、通過光敏電阻來感測外界光線，通過直流電機轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)窗簾的拉開與合上，當光強強時（表示此時為白天）窗簾拉開（即電機正轉(zhuǎn)），當光強弱時（表示此時是夜晚）窗簾合上（即電機反轉(zhuǎn)）；

2、能通過溫濕度傳感器DHT11檢測室內(nèi)的溫濕度；設定一溫度范圍，當實時的溫度低于設定溫度的最低限度時，空調(diào)開始制熱（用LED燈來表示），當實時的溫度高于設定溫度的最高限度時，空調(diào)開始制冷（用LED燈來表示）。

3、LCD12864液晶顯示當前日期、時間、溫度和濕度。

4、具有鬧鐘時間手動輸入設置、溫度范圍手動設置。

2 系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)采用的主控制單元是美國TI公司開發(fā)的16 位超低功耗，高性能微處理器MSP430F149， 與電機模塊、光控模塊、液晶顯示模塊、溫濕度采集模塊、按鍵輸入模塊、時鐘模塊等外圍電路一起構(gòu)成了基于MSP430智能家居模擬系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

2.1 MSP430F149控制器

MSP 430 F149單片機是TI 公司推出的功能強大的超低功耗、具有精簡指令集（RISC）的16 位混合信號處理器（Mixed Signal Processor）。該單片機具有統(tǒng)一的中斷管理、豐富的片上外圍模塊、片內(nèi)有精密硬件乘法器、兩個16 位定時器、一個8 路的12 位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、6 路P 口、兩路USART 通信端口、一個比較器、一個DCO 內(nèi)部振蕩器和兩個外部時鐘。MSP430F149芯片使用LQFP64封裝，管腳分布圖如下圖2所示：

2.2 LCD12864顯示模塊

12864C-1 是一種具有4 位/8 位并行、2 線或3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64， 內(nèi)置8192 個16*16 點漢字，和128 個16*8 點ASCII 字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示8×4 行16×16 點陣的漢字.也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。

LCD12864液晶屏主要由單片機MSP430F149的P4及P5部分IO口來控制，如圖3所示：

其中RS、RW、EC 分別為寄存器選擇、讀寫信號、使能信號，為與其他模塊共用的管

腳，分別與單片機P55、P56、P57 相連接。AD0～AD7 為并行數(shù)據(jù)信號線，分別與P40-P47相連接，PSB 和/RST 分別為并/串選擇和液晶復位管腳，分別接P50 和P51。

2.3 溫濕度DHT11模塊

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。該傳感器包括一個NTC測溫元件和一個電阻式測濕元件，且應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。該傳感器主要性能指標和引腳說明如表1、表2所示：

溫濕度傳感器DHT11主要由單片機MSP430F149的IO口P5.3來控制，如圖4所示：

其中DATA為串行接口（單總線），與單片機MSP430F149的IO口P5.3相連接。

2.4 時鐘模塊

DS1302 實時時鐘芯片是美國DALLAS 公司推出的具有涓細電流充電能力的低功耗實時時鐘，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒信息進行計時，且具有閏年補償?shù)榷喾N功

能，主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，采用普通32.768kHz 晶振，工作電壓為2.5V～5.5V，

DS1302 內(nèi)部有一個31×8 的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM 寄存器。

采用I/O 口與DS1302 連接，通過MSP430F149 單片機控制，實現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)的讀取，使用電池供電功能的電池座。DS1302 硬件連接原理如下圖5 所示.

DS1302 采用串行數(shù)據(jù)傳輸，SCLK 控制線、IO 口線、REST 口線分別與P65、P66、P67相連接。

控制DS1302 的基本讀寫通過函數(shù)的方式，讀寫函數(shù)按照其對應的讀寫模式時序來實現(xiàn)，該系統(tǒng)設計了備用電池供電，因此，DS1302 在掉電以后將可以繼續(xù)運行，在程序中，需要對DS1302 的數(shù)據(jù)進行初始化，設置初始的年月日及時間等信息，設置完后，DS1302 將運行，主程序讀取其數(shù)據(jù)再顯示在LCD12864液晶上即可。

2.5 電機模塊

電機模塊采用的L9110S芯片是為控制和驅(qū)動電機設計的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立？電路集成在單？片IC之中，使外圍器件成？本降低，整機可靠性提高。該芯片？有兩個？TTL/CMOS？？兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性；兩個輸出端能直接驅(qū)動電機的？正反向運動及剎車，它具有較大的電流驅(qū)動能力，每通道能通過750～800mA的持續(xù)電？流，峰值電流能力可達1.5～2.0A；同時它具有較低的輸出飽和壓降；內(nèi)置的鉗位二極管能？釋放感性負載的反向沖擊電流，使它在驅(qū)動？繼電器、直？流電？機、步進電機或？開關功率？管的使用上安全可靠。電機模塊原理圖如圖6所示：

此模塊能同時驅(qū)動兩路獨立的直流電機，其中JP1、JP2 即與直流電機的接口，直流電機可以直接插到JP1或JP2的1、2口，J1的2～6為直流電機控制口，連接到MSP430F149單片機的P21～P24 口，微控制器輸出10或01到J1的3和5，或者J1的4和6，可以分別控制連接JP1的直流電機，或者JP2的直流電機正反轉(zhuǎn)。輸出00或者11，可以控制電機的停止。

2.6 光控模塊

光控模塊能檢測周圍環(huán)境的亮度、光強；輸出狀態(tài)靈敏度可調(diào)；輸出形式為數(shù)字開關量輸出（0和1）和模擬量電壓輸出；采用LM393芯片作為比較器，工作穩(wěn)定；帶電源指示燈（紅色）和數(shù)字開關量輸出指示燈（綠色）。光控模塊原理圖如圖7所示：

其中，J1的2口為開關數(shù)字量輸出接口（0和1），在環(huán)境光強達不到設定閥值時，J1的2口輸出高（1）電平，當環(huán)境光強超過設定閥值時，J1的2口輸出低（0）電平。輸出接口J1的2口與MSP430F149單片機P61口連接，通過單片機來檢測高低電平變化，由此來檢測環(huán)境的亮度變化。

3 系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)軟件采用C 語言編程，采用IAR EW430軟件編程環(huán)境。IAR EW 是瑞典IAR System 公司推出的一種非常有效的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具，它使用戶能夠充分有效地開發(fā)并管理嵌入式應用項目，其界面類似于MS？Visual？C++，可以在Windows平臺上運行，功能十分完善，IAR 適用于開發(fā)基于8 位，16位以及32 位的處理器的嵌入式系統(tǒng)。

基于MSP430智能家居模擬系統(tǒng)主程序主要由LCD液晶顯示子程序、溫濕度采集子程序、時鐘子程序、電機控制子程序和光控子程序組成，主程序流程圖如圖8所示：

4 結(jié)論

隨著人們物質(zhì)生活水平的提高，對家居生活的品質(zhì)要求也越來越高，家居的智能化必將成為未來家居裝飾潮流發(fā)展的新方向。本文作者提出基于MSP430F149單片機的控制系統(tǒng)， 實現(xiàn)智能家居的控制和管理的模擬。

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