基于MSP430單片機(jī)的智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

周 莉，陳 杰，蔡加星

(安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，安徽 淮南 232001)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，生活中的照明系統(tǒng)也日趨智能化和節(jié)能化。傳統(tǒng)的照明只有開、關(guān)，無邏輯時(shí)序及亮、暗調(diào)光控制，因此主要依賴于人們的主動(dòng)性。然而智能照明系統(tǒng)主要在很大一定程度上盡可能的滿足人們的生活、工作、學(xué)習(xí)的需求，它主要是通過主電源經(jīng)過可編程控制后實(shí)現(xiàn)，LED照明系統(tǒng)全自動(dòng)的實(shí)現(xiàn)人們預(yù)先設(shè)定的適合的照明效果，從而使照明更加智能化及人性化。另外智能照明還有減少不必要的耗電進(jìn)而達(dá)到良好的節(jié)約資源的效果，它主要通過充分利用大自然的光作為光源，以人工光作為補(bǔ)償，結(jié)合室內(nèi)有無人員情況，在室內(nèi)光不足以滿足人們視覺需要時(shí)才啟用照明燈，經(jīng)使用證明此種方式節(jié)能可達(dá)30%上下，可見效果明顯。通過智能可以讓室內(nèi)照明減少過多的長明燈，也避免了很大的資源浪費(fèi)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由紅外探測模塊、單片機(jī)控制模塊、照度探測模塊、驅(qū)動(dòng)模塊等構(gòu)成(見圖1)。智能照明控制器先利用紅外探測模塊采集信息傳送給主控制器單片機(jī)來判斷室內(nèi)是否有人，進(jìn)而去控制照明驅(qū)動(dòng)電路的開關(guān)是否閉合，再根據(jù)光照度探測模塊采集到的信號(hào)送往單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)此信號(hào)去控制輸出PWM波的占空比，進(jìn)而調(diào)節(jié)照明燈的光照強(qiáng)度來達(dá)到恒光照照明。

圖1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖

2 硬件部分

2.1 中心控制模塊

在單片機(jī)控制器的選擇上，本文采用TI公司生產(chǎn)的 MSP430系列單片機(jī)中的 MSP430F149。MSP430系列單片機(jī)是美國德州儀器公司(WI)近幾年開發(fā)的新一代單片機(jī)，該單片機(jī)在設(shè)計(jì)上采用了全新的概念，其功能遠(yuǎn)超過其他系列單片機(jī)的功能故稱之為混合型單片機(jī)。另外其具有外設(shè)豐富，很低功耗，應(yīng)用范圍非常廣闊。MSP430F149單片機(jī)的低功耗和易于開發(fā)的特點(diǎn)符合照明控制系統(tǒng)的節(jié)能要求，是較為理想的選擇。

2.2 照度探測模塊

基于對本系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性的考慮，采用ZD系列光照度變送器進(jìn)行采光，因?yàn)槠洳捎脤θ豕庖灿休^高靈敏度的硅蘭光伏探測器作為傳感器，具有測量范圍寬、線性度好、便于安裝、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，故特別適合用于照明。而對于探測室內(nèi)光照度來說，本系統(tǒng)采用光照度傳感器組成的轉(zhuǎn)換電路將光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再輸入到AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

ZD系列光照度變送器與MSP43OF149單片機(jī)的連接電路如圖2所示。由于ZD系列光照度變送器的輸出電壓要小5 V，單片機(jī)MSP430F149的A/D采集通道P6.0口的參考電壓為2.5V，所以在光照度變送器OUT輸出管腳接上兩個(gè)10 kΩ的電阻對輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行分壓處理。

圖2 光照度變送器與MSP43OF149單片機(jī)的連接電路圖

2.3 紅外探測模塊

系統(tǒng)中的紅外探測模塊中用到熱釋電紅外線傳感器，其主要是由一種高熱電系數(shù)的廣譜材料制成尺寸為2 mm×1 mm的探測元件，其探測波長靈敏度范圍在0.2μ到20μ之間，而人體溫度一般在37度上下小范圍內(nèi)浮動(dòng)，人體輻射的紅外線中心波長在9μ到10μ之間，為了使熱釋電紅外線傳感器探測靈敏度盡可能在系統(tǒng)需要的范圍內(nèi)，因此在該傳感器的窗口上增加干涉濾波片，這樣就有了剛好適合探測人體輻射的紅外線傳感器。

由熱釋電紅外線傳感器變化緩慢、幅值小的特點(diǎn)，該模塊采用專用信號(hào)處理器BIS0001來完成對熱釋電傳感器輸出信號(hào)的處理。BIS0001有兩種工作方式，將引腳A置1為可重復(fù)觸發(fā)方式，置0則為不可重復(fù)觸發(fā)方式。本系統(tǒng)采用可觸發(fā)方式，熱釋電紅外線傳感器的信號(hào)處理電路如圖3所示。

圖3 熱釋電紅外線傳感器的信號(hào)處理電路圖

紅外人體感應(yīng)模塊與單片機(jī)的連接如圖4所示，由9V電壓經(jīng)過LM7808及電容穩(wěn)壓濾波后供電給紅外傳感器，輸出信號(hào)接10kΩ的電阻最后輸出接到單片機(jī)MSP430F149的I/O接口Pl.0，最終實(shí)現(xiàn)對傳感器輸出狀態(tài)的檢測。

圖4 紅外人體感應(yīng)模塊與單片機(jī)的連接圖

2.4 驅(qū)動(dòng)模塊

本系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)模塊由AME5142芯片構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示。在濾波后的PWM信號(hào)下可以產(chǎn)生一個(gè)可調(diào)的直流電壓，在調(diào)光控制上可以被用來取代可變直流電源。如直流電壓源變化范圍從0伏到3伏時(shí)，調(diào)光控制照明電流的設(shè)定為20毫安到0毫安。

圖5 驅(qū)動(dòng)電路圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)先進(jìn)行初始化，然后紅外傳感器模塊進(jìn)行信息采集，若是高電平就點(diǎn)亮照明系統(tǒng)，接著對光照度模塊采集的值與設(shè)定值進(jìn)行比較，若差值小于某一范圍內(nèi)則回到大循環(huán)初始化，若不小于則通過調(diào)節(jié)PWM波的占空比來調(diào)節(jié)光照。系統(tǒng)軟件流程如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)軟件流程圖

4 結(jié)論

本系統(tǒng)以MSP430系列單片機(jī)作為核心，以熱釋電紅外傳感器接收到的信號(hào)經(jīng)過BIS0001專用信號(hào)處理器處理后，通過單片機(jī)接受的信號(hào)判斷是否需要接通照明系統(tǒng)，然后經(jīng)過對光照亮度傳感器的信息采集處理決定對光照強(qiáng)度的調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能照明。在選擇主控制器時(shí)，選用了超低功耗單片機(jī)，使本系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)智能節(jié)能的目的。

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