基于MSP430的智能家居照明燈光控制設(shè)計(jì)

湖北民族學(xué)院信息工程學(xué)院 崔佳偉 黃 勇 聶云浩 黃雙林

?

基于MSP430的智能家居照明燈光控制設(shè)計(jì)

湖北民族學(xué)院信息工程學(xué)院 崔佳偉 黃 勇 聶云浩 黃雙林

【摘要】本文主要研究的是一種基于MSP430F149的智能照明燈光控制設(shè)計(jì)。它主要是由光強(qiáng)檢測(cè)和燈光控制兩部分組成。它既能夠手動(dòng)控制燈光的亮度，又可以切換到自動(dòng)模式，通過(guò)檢測(cè)環(huán)境光線強(qiáng)度而自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光的亮度，還能通過(guò)操作手機(jī)終端經(jīng)由藍(lán)牙通信方式實(shí)現(xiàn)燈光的智能控制。這項(xiàng)設(shè)計(jì)解決了傳統(tǒng)燈光照明節(jié)能效果不顯著，操作單一化的問(wèn)題，并且可以通過(guò)系統(tǒng)界面實(shí)時(shí)顯示照明參數(shù)信息，給用戶帶來(lái)智能化、人性化體驗(yàn)，具有良好應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】MSP430F149；智能燈光控制；藍(lán)牙通信

0　引言

當(dāng)今，人們的生活質(zhì)量水平越來(lái)越高，人們對(duì)居住光環(huán)境質(zhì)量的需求也逐漸的提高，傳統(tǒng)的燈光照明系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足人們的生活需求，而時(shí)下興起的智能化的燈光控制，功能齊全、使用方便，而且節(jié)能效果明顯，打破了傳統(tǒng)燈光照明的單一性，是基于物聯(lián)網(wǎng)智能家居發(fā)展的必然趨勢(shì)。此項(xiàng)設(shè)計(jì)采用以低功耗著稱的主控芯片MSP430F149搭載HC-05主從一體無(wú)線藍(lán)牙串口透?jìng)髂K來(lái)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，不僅將能耗降到了最低，同時(shí)還延長(zhǎng)了燈具的使用壽命、降低運(yùn)行成本，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

1　系統(tǒng)總體架構(gòu)

智能家居照明燈光控制設(shè)計(jì)分為光強(qiáng)檢測(cè)和燈光控制兩大主要組成部分。其中光強(qiáng)檢測(cè)包括MSP430F149最小系統(tǒng)、BH1750FVI驅(qū)動(dòng)模塊；燈光控制包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、LED驅(qū)動(dòng)電路、1W高亮度燈珠、SRD-5VDC-SL-C繼電器模塊、HC-05主從一體藍(lán)牙模塊。光強(qiáng)檢測(cè)主要功能是通過(guò)光線強(qiáng)度傳感器BH1750FVI檢測(cè)室內(nèi)光線強(qiáng)度，然后將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行處理。燈光控制主要功能是將光強(qiáng)傳感器采集回的數(shù)據(jù)由單片機(jī)處理后產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的PWM，作為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號(hào)自動(dòng)控制LED的亮度，而HC-05主從一體藍(lán)牙模塊則可以通過(guò)控制繼電器模塊來(lái)控制燈光電路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線控制的功能。

系統(tǒng)的整體框圖如圖1所示：

圖1　系統(tǒng)整體框圖

整個(gè)系統(tǒng)的工作原理是：用戶根據(jù)實(shí)際情況可以選擇自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作模式。在手動(dòng)工作模式下，用戶可根據(jù)自身對(duì)室內(nèi)光線強(qiáng)度的需求，使用調(diào)節(jié)旋鈕即電位器，通過(guò)改變電阻大小來(lái)調(diào)節(jié)燈光的亮度。當(dāng)切換到自動(dòng)模式下時(shí)，系統(tǒng)可以通過(guò)傳感器檢測(cè)、單片機(jī)處理并發(fā)送控制指令來(lái)根據(jù)室內(nèi)光線強(qiáng)弱自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)燈光的亮度，同時(shí)還可以通過(guò)HC-05藍(lán)牙模塊控制燈光電路的通斷。

2　系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路為整個(gè)系統(tǒng)搭建了平臺(tái)，是整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)采用MSP430F149單片機(jī)為主控芯片輸出PWM作為L(zhǎng)ED恒流驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)LED的電流，從而實(shí)現(xiàn)燈光亮度的調(diào)節(jié)。其主要硬件電路設(shè)計(jì)思想如下所述：

2.1LED燈組驅(qū)動(dòng)電路

目前LED驅(qū)動(dòng)芯片按驅(qū)動(dòng)方式可分為：恒壓式驅(qū)動(dòng)芯片、恒流式驅(qū)動(dòng)芯片。恒壓式驅(qū)動(dòng)芯片通常應(yīng)用在小功率的LED 模組中。恒流式驅(qū)動(dòng)芯片通常應(yīng)用在大功率的LED產(chǎn)品，比如LED日光燈照明，替換鹵鎢燈的LED射燈等領(lǐng)域。根據(jù) LED特性以及控制方式，本項(xiàng)設(shè)計(jì)選用恒流式驅(qū)動(dòng)芯片，通過(guò)改變輸入信號(hào)來(lái)控制輸入電流的改變進(jìn)而控制LED亮度的變化。

本項(xiàng)設(shè)計(jì)采用PT4115作為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)芯片。PT4115是寬調(diào)光比的高亮度LED照明驅(qū)動(dòng)芯片，其電壓輸入范圍為8V-30V，輸出電流可高達(dá)1.2A，輸出電流可通過(guò)控制DIM引腳輸入的PWM占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)的功能，且轉(zhuǎn)換效率高達(dá)97%。PWM調(diào)光精度高，且當(dāng)頻率高于人眼可辨別的頻率范圍時(shí)幾乎不會(huì)出現(xiàn)模擬調(diào)光時(shí)LED光抖的狀態(tài)；調(diào)光范圍很廣，可從0～100%。

其恒流驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示：

圖2　恒流驅(qū)動(dòng)電路

2.2BH1750FVI光強(qiáng)檢測(cè)模塊

BH1750FVI是一種用于兩線式串行總線接口的數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器集成電路。它的高分辨率可以探測(cè)較大范圍的光強(qiáng)度變化。若與單片機(jī)I/O連接，則無(wú)需其他外圍電路，便可將采集到的環(huán)境光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)直接傳送給單片機(jī)。

2.3HC-05藍(lán)牙通信模塊

本項(xiàng)設(shè)計(jì)采用HC-05藍(lán)牙模塊與智能手機(jī)配對(duì)，當(dāng)主從模式兩個(gè)藍(lán)牙模塊配對(duì)成功后，通過(guò)智能手機(jī)向藍(lán)牙模塊發(fā)送指令，然后藍(lán)牙模塊將接收到的指令信息轉(zhuǎn)發(fā)給單片機(jī)，由單片機(jī)將指令信息處理后控制燈光的亮滅。此藍(lán)牙模塊可覆蓋整個(gè)室內(nèi)環(huán)境，成本小，功耗低，連接簡(jiǎn)單，操作方便，能帶來(lái)良好的用戶體驗(yàn)，擁有良好的發(fā)展前景。

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖3　系統(tǒng)程序框圖

智能照明燈光控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示，其主要包括：（1）系統(tǒng)初始化：在系統(tǒng)初始化程序中，主要完成對(duì)各模塊的啟動(dòng)處理，其中包括 ：MSP430F149系統(tǒng)的初始化、傳感器模塊、藍(lán)牙模塊啟動(dòng)。（2）模式選擇：判斷用戶當(dāng)前所選擇的模式，在手動(dòng)模式下用戶可直接通過(guò)手動(dòng)旋鈕對(duì)燈光亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，而自動(dòng)模式下，單片機(jī)可通過(guò)傳感器檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境光線強(qiáng)度來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)LED的亮度。（3）終端控制：在自動(dòng)模式下，用戶可通過(guò)智能終端連接藍(lán)牙模塊，并發(fā)送指令來(lái)控制燈光的亮滅，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無(wú)線控制。

4　實(shí)物測(cè)試

在測(cè)試中，當(dāng)人為的改變室內(nèi)光線強(qiáng)度時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)能夠迅速做出響應(yīng)，調(diào)節(jié)LED的亮度，直至到達(dá)預(yù)設(shè)值。不同的光線強(qiáng)度下，藍(lán)

牙模塊始終通信正常，且控制模式可任意切換；單片機(jī)屏幕上可顯示系統(tǒng)的實(shí)時(shí)參數(shù)信息，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行正常。實(shí)物圖如圖4所示：

圖4　智能家居照明燈光控制系統(tǒng)實(shí)物圖

5、結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)設(shè)計(jì)通過(guò)把藍(lán)牙技術(shù)、嵌入式技術(shù)和節(jié)能、低碳、可靠性高等特點(diǎn)的LED照明相融合，應(yīng)用于智能家居燈光控制中，實(shí)現(xiàn)了燈光的智能化控制，節(jié)能效果明顯。本設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)便、體積小、能耗低、可靠性高、便于實(shí)施，達(dá)到了智能化且低功耗的設(shè)計(jì)理念，適用于智能家居甚至是普通的家庭照明系統(tǒng)，具有較高的應(yīng)用價(jià)值與推廣前景。

參考文獻(xiàn)

［1］康華光，陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)—模擬部分（第五版）［M］.北京：高等教育出版社，2005：198-521.

［2］沈建華，楊艷琴.MSP430系列16位超低功耗單片機(jī)原理與實(shí)踐｛J］.北京航空航天大學(xué)出版社，2008，7：25-159.

［3］金發(fā)慶.傳感器技術(shù)與應(yīng)用（第3版）［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2012，6：10-190.

［4］朱剛，談?wù)褫x，周賢偉.藍(lán)牙技術(shù)原理與協(xié)議［J］.北京交通大學(xué)出版社，2002，8：50-187.

基金項(xiàng)目：湖北民族學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（2015Z034）。

通訊作者：黃雙林。