基于MSP430的智能家居照明灯光控制设计

湖北民族学院信息工程学院 崔佳伟 黄 勇 聂云浩 黄双林



基于MSP430的智能家居照明灯光控制设计

湖北民族学院信息工程学院 崔佳伟 黄 勇 聂云浩 黄双林

【摘要】本文主要研究的是一种基于MSP430F149的智能照明灯光控制设计。它主要是由光强检测和灯光控制两部分组成。它既能够手动控制灯光的亮度，又可以切换到自动模式，通过检测环境光线强度而自动调节灯光的亮度，还能通过操作手机终端经由蓝牙通信方式实现灯光的智能控制。这项设计解决了传统灯光照明节能效果不显著，操作单一化的问题，并且可以通过系统界面实时显示照明参数信息，给用户带来智能化、人性化体验，具有良好应用前景。

【关键词】MSP430F149；智能灯光控制；蓝牙通信

0　引言

当今，人们的生活质量水平越来越高，人们对居住光环境质量的需求也逐渐的提高，传统的灯光照明系统已经不能满足人们的生活需求，而时下兴起的智能化的灯光控制，功能齐全、使用方便，而且节能效果明显，打破了传统灯光照明的单一性，是基于物联网智能家居发展的必然趋势。此项设计采用以低功耗著称的主控芯片MSP430F149搭载HC-05主从一体无线蓝牙串口透传模块来对整个系统进行控制，不仅将能耗降到了最低，同时还延长了灯具的使用寿命、降低运行成本，最终实现节能环保。

1　系统总体架构

智能家居照明灯光控制设计分为光强检测和灯光控制两大主要组成部分。其中光强检测包括MSP430F149最小系统、BH1750FVI驱动模块；灯光控制包括单片机最小系统、LED驱动电路、1W高亮度灯珠、SRD-5VDC-SL-C继电器模块、HC-05主从一体蓝牙模块。光强检测主要功能是通过光线强度传感器BH1750FVI检测室内光线强度，然后将采集到的数据发送给单片机进行处理。灯光控制主要功能是将光强传感器采集回的数据由单片机处理后产生相对应的PWM，作为LED驱动电路的输入信号自动控制LED的亮度，而HC-05主从一体蓝牙模块则可以通过控制继电器模块来控制灯光电路的通断，从而实现无线控制的功能。

系统的整体框图如图1所示：

图1　系统整体框图

整个系统的工作原理是：用户根据实际情况可以选择自动和手动两种工作模式。在手动工作模式下，用户可根据自身对室内光线强度的需求，使用调节旋钮即电位器，通过改变电阻大小来调节灯光的亮度。当切换到自动模式下时，系统可以通过传感器检测、单片机处理并发送控制指令来根据室内光线强弱自动调节室内灯光的亮度，同时还可以通过HC-05蓝牙模块控制灯光电路的通断。

2　系统硬件电路设计

硬件电路为整个系统搭建了平台，是整个系统实现的基础。该系统采用MSP430F149单片机为主控芯片输出PWM作为LED恒流驱动电路的输入信号来调节LED的电流，从而实现灯光亮度的调节。其主要硬件电路设计思想如下所述：

2.1LED灯组驱动电路

目前LED驱动芯片按驱动方式可分为：恒压式驱动芯片、恒流式驱动芯片。恒压式驱动芯片通常应用在小功率的LED 模组中。恒流式驱动芯片通常应用在大功率的LED产品，比如LED日光灯照明，替换卤钨灯的LED射灯等领域。根据 LED特性以及控制方式，本项设计选用恒流式驱动芯片，通过改变输入信号来控制输入电流的改变进而控制LED亮度的变化。

本项设计采用PT4115作为LED驱动芯片。PT4115是宽调光比的高亮度LED照明驱动芯片，其电压输入范围为8V-30V，输出电流可高达1.2A，输出电流可通过控制DIM引脚输入的PWM占空比来实现连续调节的功能，且转换效率高达97%。PWM调光精度高，且当频率高于人眼可辨别的频率范围时几乎不会出现模拟调光时LED光抖的状态；调光范围很广，可从0～100%。

其恒流驱动电路如图2所示：

图2　恒流驱动电路

2.2BH1750FVI光强检测模块

BH1750FVI是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路。它的高分辨率可以探测较大范围的光强度变化。若与单片机I/O连接，则无需其他外围电路，便可将采集到的环境光照强度数据直接传送给单片机。

2.3HC-05蓝牙通信模块

本项设计采用HC-05蓝牙模块与智能手机配对，当主从模式两个蓝牙模块配对成功后，通过智能手机向蓝牙模块发送指令，然后蓝牙模块将接收到的指令信息转发给单片机，由单片机将指令信息处理后控制灯光的亮灭。此蓝牙模块可覆盖整个室内环境，成本小，功耗低，连接简单，操作方便，能带来良好的用户体验，拥有良好的发展前景。

3　系统软件设计

图3　系统程序框图

智能照明灯光控制系统程序设计流程图如图3所示，其主要包括：（1）系统初始化：在系统初始化程序中，主要完成对各模块的启动处理，其中包括 ：MSP430F149系统的初始化、传感器模块、蓝牙模块启动。（2）模式选择：判断用户当前所选择的模式，在手动模式下用户可直接通过手动旋钮对灯光亮度进行调节，而自动模式下，单片机可通过传感器检测室内环境光线强度来自动调节LED的亮度。（3）终端控制：在自动模式下，用户可通过智能终端连接蓝牙模块，并发送指令来控制灯光的亮灭，实现系统的无线控制。

4　实物测试

在测试中，当人为的改变室内光线强度时，整个系统能够迅速做出响应，调节LED的亮度，直至到达预设值。不同的光线强度下，蓝

牙模块始终通信正常，且控制模式可任意切换；单片机屏幕上可显示系统的实时参数信息，整个系统运行正常。实物图如图4所示：

图4　智能家居照明灯光控制系统实物图

5、结语

本项设计通过把蓝牙技术、嵌入式技术和节能、低碳、可靠性高等特点的LED照明相融合，应用于智能家居灯光控制中，实现了灯光的智能化控制，节能效果明显。本设计操作简便、体积小、能耗低、可靠性高、便于实施，达到了智能化且低功耗的设计理念，适用于智能家居甚至是普通的家庭照明系统，具有较高的应用价值与推广前景。

参考文献

［1］康华光，陈大钦.电子技术基础—模拟部分（第五版）［M］.北京：高等教育出版社，2005：198-521.

［2］沈建华，杨艳琴.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践｛J］.北京航空航天大学出版社，2008，7：25-159.

［3］金发庆.传感器技术与应用（第3版）［M］.机械工业出版社，2012，6：10-190.

［4］朱刚，谈振辉，周贤伟.蓝牙技术原理与协议［J］.北京交通大学出版社，2002，8：50-187.

基金项目：湖北民族学院大学生创新创业训练项目（2015Z034）。

通讯作者：黄双林。