基于MSP430的智能家居照明燈光控制設計

湖北民族學院信息工程學院 崔佳偉 黃 勇 聶云浩 黃雙林

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基于MSP430的智能家居照明燈光控制設計

湖北民族學院信息工程學院 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計。它主要是由光強檢測和燈光控制兩部分組成。它既能夠手動控制燈光的亮度，又可以切換到自動模式，通過檢測環(huán)境光線強度而自動調(diào)節(jié)燈光的亮度，還能通過操作手機終端經(jīng)由藍牙通信方式實現(xiàn)燈光的智能控制。這項設計解決了傳統(tǒng)燈光照明節(jié)能效果不顯著，操作單一化的問題，并且可以通過系統(tǒng)界面實時顯示照明參數(shù)信息，給用戶帶來智能化、人性化體驗，具有良好應用前景。

【關鍵詞】MSP430F149；智能燈光控制；藍牙通信

0　引言

當今，人們的生活質(zhì)量水平越來越高，人們對居住光環(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。此項設計采用以低功耗著稱的主控芯片MSP430F149搭載HC-05主從一體無線藍牙串口透傳模塊來對整個系統(tǒng)進行控制，不僅將能耗降到了最低，同時還延長了燈具的使用壽命、降低運行成本，最終實現(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計分為光強檢測和燈光控制兩大主要組成部分。其中光強檢測包括MSP430F149最小系統(tǒng)、BH1750FVI驅(qū)動模塊；燈光控制包括單片機最小系統(tǒng)、LED驅(qū)動電路、1W高亮度燈珠、SRD-5VDC-SL-C繼電器模塊、HC-05主從一體藍牙模塊。光強檢測主要功能是通過光線強度傳感器BH1750FVI檢測室內(nèi)光線強度，然后將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機進行處理。燈光控制主要功能是將光強傳感器采集回的數(shù)據(jù)由單片機處理后產(chǎn)生相對應的PWM，作為LED驅(qū)動電路的輸入信號自動控制LED的亮度，而HC-05主從一體藍牙模塊則可以通過控制繼電器模塊來控制燈光電路的通斷，從而實現(xiàn)無線控制的功能。

系統(tǒng)的整體框圖如圖1所示：

圖1　系統(tǒng)整體框圖

整個系統(tǒng)的工作原理是：用戶根據(jù)實際情況可以選擇自動和手動兩種工作模式。在手動工作模式下，用戶可根據(jù)自身對室內(nèi)光線強度的需求，使用調(diào)節(jié)旋鈕即電位器，通過改變電阻大小來調(diào)節(jié)燈光的亮度。當切換到自動模式下時，系統(tǒng)可以通過傳感器檢測、單片機處理并發(fā)送控制指令來根據(jù)室內(nèi)光線強弱自動調(diào)節(jié)室內(nèi)燈光的亮度，同時還可以通過HC-05藍牙模塊控制燈光電路的通斷。

2　系統(tǒng)硬件電路設計

硬件電路為整個系統(tǒng)搭建了平臺，是整個系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎。該系統(tǒng)采用MSP430F149單片機為主控芯片輸出PWM作為LED恒流驅(qū)動電路的輸入信號來調(diào)節(jié)LED的電流，從而實現(xiàn)燈光亮度的調(diào)節(jié)。其主要硬件電路設計思想如下所述：

2.1LED燈組驅(qū)動電路

目前LED驅(qū)動芯片按驅(qū)動方式可分為：恒壓式驅(qū)動芯片、恒流式驅(qū)動芯片。恒壓式驅(qū)動芯片通常應用在小功率的LED 模組中。恒流式驅(qū)動芯片通常應用在大功率的LED產(chǎn)品，比如LED日光燈照明，替換鹵鎢燈的LED射燈等領域。根據(jù) LED特性以及控制方式，本項設計選用恒流式驅(qū)動芯片，通過改變輸入信號來控制輸入電流的改變進而控制LED亮度的變化。

本項設計采用PT4115作為LED驅(qū)動芯片。PT4115是寬調(diào)光比的高亮度LED照明驅(qū)動芯片，其電壓輸入范圍為8V-30V，輸出電流可高達1.2A，輸出電流可通過控制DIM引腳輸入的PWM占空比來實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)的功能，且轉(zhuǎn)換效率高達97%。PWM調(diào)光精度高，且當頻率高于人眼可辨別的頻率范圍時幾乎不會出現(xiàn)模擬調(diào)光時LED光抖的狀態(tài)；調(diào)光范圍很廣，可從0～100%。

其恒流驅(qū)動電路如圖2所示：

圖2　恒流驅(qū)動電路

2.2BH1750FVI光強檢測模塊

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

2.3HC-05藍牙通信模塊

本項設計采用HC-05藍牙模塊與智能手機配對，當主從模式兩個藍牙模塊配對成功后，通過智能手機向藍牙模塊發(fā)送指令，然后藍牙模塊將接收到的指令信息轉(zhuǎn)發(fā)給單片機，由單片機將指令信息處理后控制燈光的亮滅。此藍牙模塊可覆蓋整個室內(nèi)環(huán)境，成本小，功耗低，連接簡單，操作方便，能帶來良好的用戶體驗，擁有良好的發(fā)展前景。

3　系統(tǒng)軟件設計

圖3　系統(tǒng)程序框圖

智能照明燈光控制系統(tǒng)程序設計流程圖如圖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，主要完成對各模塊的啟動處理，其中包括 ：MSP430F149系統(tǒng)的初始化、傳感器模塊、藍牙模塊啟動。（2）模式選擇：判斷用戶當前所選擇的模式，在手動模式下用戶可直接通過手動旋鈕對燈光亮度進行調(diào)節(jié)，而自動模式下，單片機可通過傳感器檢測室內(nèi)環(huán)境光線強度來自動調(diào)節(jié)LED的亮度。（3）終端控制：在自動模式下，用戶可通過智能終端連接藍牙模塊，并發(fā)送指令來控制燈光的亮滅，實現(xiàn)系統(tǒng)的無線控制。

4　實物測試

在測試中，當人為的改變室內(nèi)光線強度時，整個系統(tǒng)能夠迅速做出響應，調(diào)節(jié)LED的亮度，直至到達預設值。不同的光線強度下，藍

牙模塊始終通信正常，且控制模式可任意切換；單片機屏幕上可顯示系統(tǒng)的實時參數(shù)信息，整個系統(tǒng)運行正常。實物圖如圖4所示：

圖4　智能家居照明燈光控制系統(tǒng)實物圖

5、結(jié)語

本項設計通過把藍牙技術(shù)、嵌入式技術(shù)和節(jié)能、低碳、可靠性高等特點的LED照明相融合，應用于智能家居燈光控制中，實現(xiàn)了燈光的智能化控制，節(jié)能效果明顯。本設計操作簡便、體積小、能耗低、可靠性高、便于實施，達到了智能化且低功耗的設計理念，適用于智能家居甚至是普通的家庭照明系統(tǒng)，具有較高的應用價值與推廣前景。

參考文獻

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基金項目：湖北民族學院大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目（2015Z034）。

通訊作者：黃雙林。