郭祥東

（福州職業(yè)技術(shù)學院交通工程系，福建 福州 350108）

基于MSP430的智能家居實時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

郭祥東

（福州職業(yè)技術(shù)學院交通工程系，福建 福州 350108）

為了實現(xiàn)對家居智能化控制，本文在對智能家居的相關(guān)技術(shù)進行研究的基礎(chǔ)上，提出并開發(fā)了基于MSP430 單片機的一套智能家居環(huán)境實時監(jiān)測控制系統(tǒng)，將家居產(chǎn)品集成一個系統(tǒng)，使人們的日常生活更加方便、快捷。利用GSM通信技術(shù)實現(xiàn)用戶的遠程控制。為人們提供一個更好，更舒適、安心的家居環(huán)境。系統(tǒng)具有易于實現(xiàn)、方便操作、采集精度高、低成本、實用性強、可靠性高等特點。

MSP430；智能家居；傳感器；實時監(jiān)控

隨著數(shù)字信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，人們的工作、生活與通訊、信息的關(guān)系日益緊密，通過將數(shù)字信息技術(shù)與通訊技術(shù)應(yīng)用于家庭管理中，從而使得家庭生活更智能、舒適。智能家居就是秉承這一理念應(yīng)運而生的，智能家居通過將數(shù)字技術(shù)、計算機技術(shù)以及無線通訊技術(shù)以及傳感器技術(shù)有機結(jié)合，從而可以更為合理、智能的對家庭中的各種家用電器以及各類電子設(shè)備進行管理，從而在家庭中構(gòu)建起高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)。下文將以MSP430單片機作為控制核心設(shè)計一套智能家居監(jiān)控系統(tǒng)。

1 智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原理

整套智能家居監(jiān)控系統(tǒng)由上、下位機兩部分組成，其中上位機是以MSP430單片機作為核心控制模塊，同時包含有檢測、紅外監(jiān)測、家居控制以及通信、報警等多個模塊。下位機主要是由傳感器和控制部分組成，在智能家居監(jiān)控系統(tǒng)工作時由下位機中的各類傳感器將采集到的信息傳遞給MSP430 單片機，然后MSP430 單片機將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送到上位機，利用CPU 控制各個模塊運行，同時接受上位機的干預控制，上位機對采回的各個傳感器的數(shù)據(jù)處理分析，通過GSM 通信模塊與用戶進行數(shù)據(jù)交換，并將家庭中的各項數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)礁鞣N手持設(shè)備以及PC 客戶端，用戶可以通過以上設(shè)備輕松的實現(xiàn)對于家庭電器的遠程控制。智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 系統(tǒng)軟件流程圖

2 智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成

2.1 中央處理模塊

智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成中采用MSP430F1611型單片機作為中央控制單元，其主要被應(yīng)用于完成對于傳感器管理以及數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳送等功能。該芯片是MSP430X161X系列中功能最強的16位RISC超低功耗混合型微控制器。其工作電壓控制在1.8V～3.6V，時鐘為1MH，其功耗為0.1mA～400mA，是一種極為優(yōu)秀的超低功耗混合型控制器，其能夠在-40℃～+85℃的溫度范圍內(nèi)正常工作，是一種低功耗、高性能、高可靠性的控制器。

2.2 家居檢測模塊

該模塊由CC2530 射頻芯片和傳感器組成，通過與溫度、濕度、煙霧的等傳感器進行數(shù)據(jù)交換實現(xiàn)對于屋內(nèi)環(huán)境的檢測。

2.2.1 溫濕度傳感器SHT11

SHT11 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。其采用專用的數(shù)字模塊完善數(shù)據(jù)的采集與傳輸，確保了采集數(shù)據(jù)的可靠性，避免了各種干擾對于采集數(shù)據(jù)的影響。傳感器主要是由一個電阻式感濕元件和一個NTC 測溫元件組成，并將其與一個8位單片機進行連接，簡單可靠、響應(yīng)速度快，抗干擾能力強，具有極高的性價比。

2.2.2 煙霧傳感器MQ-2

MQ-2 氣體傳感器主要被用來對家庭中的液化氣、丙烷、氫氣、天然氣等可燃性氣體進行檢測，避免因氣體泄漏造成家庭安全隱患。其主要是由氣體傳感器、MSP430 單片機P6 端口等組成，通過使用單片機自帶的AD 轉(zhuǎn)化電路將傳輸來的模擬信號進行轉(zhuǎn)化并傳輸?shù)街悄芗揖颖O(jiān)控系統(tǒng)中。系統(tǒng)通過將數(shù)據(jù)與系統(tǒng)中的安全設(shè)定進行對比來確定是否發(fā)出報警信號。

2.2.3 可見光照強度傳感器BH1750FVI

可見光照強度傳感器用BH1750FVI芯片，通過對家庭中的光照強度進行檢測，并自動將光照強度調(diào)節(jié)成適合人居住的柔和光強，并使用熱紅外技術(shù)對房間進行檢測，當檢測到房間內(nèi)沒有人員后將燈熄滅，并在檢測到有人進入后將燈打開至適當亮度，人離開后燈熄滅，實現(xiàn)對于燈具的智能化控制。

2.2.4 CC2530 芯片

本設(shè)計采用美國TI 公司生產(chǎn)的CC2530 射頻芯片來完成組網(wǎng)通信。

2.3 智能家居監(jiān)控系統(tǒng)中的紅外監(jiān)測模塊

智能家居監(jiān)控系統(tǒng)采用采用普通雙源被動紅外傳感器LH-912E作為紅外監(jiān)測模塊，實現(xiàn)對于屋內(nèi)人員的智能檢測。

2.4 報警模塊

報警模塊主要由：闖入報警，可燃氣體報警，過載報警等功能組成。當發(fā)生報警時，報警模塊將在室內(nèi)產(chǎn)生聲光報警，并通過GSM 模塊向屋主人發(fā)送短信提示。同時當發(fā)生可燃性氣體泄漏報警時，報警模塊通過設(shè)置在燃氣管路中的控制裝置實現(xiàn)對于燃氣和電源的關(guān)閉，避免發(fā)生意外。

2.5 智能家居監(jiān)控系統(tǒng)中的家居控制模塊

智能家居監(jiān)控系統(tǒng)中的家居控制主要實現(xiàn)對于家庭中的燈光、空調(diào)和門窗的遠程控制。使居住人員可以極為方便的通過使用移動設(shè)備作為控制終端來完成對于各燈具的開關(guān)、調(diào)光等操作。

2.6 智能家居監(jiān)控系統(tǒng)中的GSM 通迅模塊

智能家居 中的GSM 通訊模塊使用SIMCOM 公司的SIM900A ，省電、自動搜索頻段等優(yōu)點。方便用戶與智能家居監(jiān)控系統(tǒng)以及智能家居監(jiān)控系統(tǒng)中的上位機與下位機進行通訊。

2.7 電源模塊

由于MSP430 單片機采用的是3.3V電源供電，在確保電源供電能力的基礎(chǔ)上使用3.3V 穩(wěn)壓芯片將5V 電壓轉(zhuǎn)換成3.3V來對智能家居監(jiān)控系統(tǒng)中的單片機進行供電。在本設(shè)計中采用AMS1117作為主要的穩(wěn)壓芯片，具有供電穩(wěn)定、抗干擾能力強等優(yōu)點。

3 智能家居監(jiān)控系統(tǒng)中的軟件設(shè)計

完成了對于智能家居監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計后需要完成對于系統(tǒng)的軟件設(shè)備，其采用模塊化的設(shè)計思路完成主程序、終端采集子程序、無線通信子程序、RS232 通信子程序等的編制。同時在系統(tǒng)工作時需要對各元件工作狀態(tài)進行檢測，發(fā)現(xiàn)問題需要及時報警。

3.2.1 下位機設(shè)計

下位機系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計方法，由主程序、串口通訊、AD 轉(zhuǎn)化、傳感器等模塊子程序構(gòu)成。在進行軟件編制時使用C 語言在IAR的軟件編程環(huán)境下進行軟件的編制。

3.2.2 上位機軟件設(shè)計

利用RS232 通信接口標準，傳輸波特率為9600kbps 。上位機與下位機具體通訊步驟包括初始化串口、建立握手信號、發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)和關(guān)閉串口。具體的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)工作流程圖如圖2所示。

結(jié)語

隨著科技的發(fā)展與科學技術(shù)的進步，數(shù)字技術(shù)、信息化技術(shù)以及智能技術(shù)被越來越多的應(yīng)用于生產(chǎn)生活中。智能家居就是以上技術(shù)應(yīng)用較為典型的代表。通過將數(shù)字技術(shù)、信息化技術(shù)以及智能技術(shù)應(yīng)用于智能家居中可以使得用戶方便的對家庭中的各種電器、電燈等智能化的控制。本文在分析智能家居監(jiān)控系統(tǒng)組成的基礎(chǔ)上采用MSP430單片機完成了對于智能家居實時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，并對組成智能家居實時監(jiān)控系統(tǒng)中的各個組成部分進行分析介紹。智能家居實時監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r有效地監(jiān)控室內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度、亮度、有害氣體及非法入侵等情況，對各種環(huán)境變化做出相應(yīng)的處理動作，實現(xiàn)了對家居電器進行本地和遠程的無線監(jiān)控，具有較高的實用價值。

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