基于MSP430單片機(jī)的智能插排設(shè)計(jì)

　　摘要：本文介紹了一種人性化、智能型的節(jié)能插排的設(shè)計(jì)，智能插排以超低功耗單片機(jī)MSP430F149作為控制核心，具有電能計(jì)量、過流檢測、定時(shí)通斷、溫度檢測等功能，還具有學(xué)習(xí)紅外遙控編碼的功能，可學(xué)習(xí)任意一款家用遙控器按鍵的紅外編碼，根據(jù)不同紅外編碼實(shí)現(xiàn)智能插排的開、關(guān)遙控功能，進(jìn)而達(dá)到控制用電設(shè)備的目的。本文詳細(xì)論述了系統(tǒng)各個(gè)部分的實(shí)現(xiàn)方法及工作原理，并給出相關(guān)電路原理圖及程序流程圖。該智能插排具有節(jié)能、易用、功能齊全以及安全可靠等特點(diǎn)。

　　引言

　　隨著人們生活水平的提高，健康、環(huán)保、節(jié)能的生活理念已深入人心，對(duì)于智能型、人性化的家居產(chǎn)品，受到了人們廣泛的關(guān)注^[1]。生活中，人們希望對(duì)某些用電設(shè)備的耗電情況進(jìn)行監(jiān)控，比如：電飯煲做一次飯的耗電量，電暖風(fēng)工作半小時(shí)耗電多少，冰箱工作一天實(shí)際所需電量，人們希望對(duì)這些設(shè)備的耗電量有準(zhǔn)確的把握，為解決這一問題，本智能插排設(shè)置了電能計(jì)量功能，能夠?qū)τ秒娫O(shè)備的耗電量進(jìn)行電能檢測及計(jì)量。而目前市場上的智能插排類產(chǎn)品，只具有簡單的定時(shí)通斷、狀態(tài)指示的功能，功能單一、價(jià)格昂貴^[2-3]。為此，本文選用了以低功耗著稱的MSP430單片機(jī)作為主控制器，輔以電能計(jì)量、過流檢測、定時(shí)通斷、溫度檢測、紅外遙控等功能，設(shè)計(jì)了一款具有低功耗、高性價(jià)比、人性化程度高等特點(diǎn)的智能型插排。

　　硬件設(shè)計(jì)

　　智能插排的工作原理

　　智能插排的硬件系統(tǒng)主要由主控制器單元、電能計(jì)量單元、過流檢測單元、紅外接收單元、溫度檢測單元、繼電器控制單元、顯示及報(bào)警單元組成。硬件系統(tǒng)框圖如圖1。

　　為了實(shí)現(xiàn)對(duì)用電設(shè)備的耗能監(jiān)測，通過電能計(jì)量模塊進(jìn)行檢測計(jì)量，該模塊將電能值轉(zhuǎn)換為單位時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，單片機(jī)通過讀取脈沖個(gè)數(shù)的數(shù)值，可計(jì)算出耗電量，并通過LCD液晶顯示器顯示出來。

　　紅外接收單元主要用來接收家用遙控器的紅外編碼信息，并將接收到的結(jié)果輸出給單片機(jī)，單片機(jī)將接收到的紅外信號(hào)進(jìn)行解碼，根據(jù)識(shí)別出的信息驅(qū)動(dòng)繼電器進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)智能插排的遙控功能，本智能插排能夠?qū)W習(xí)家用遙控器的任意兩個(gè)按鍵的紅外編碼，用戶可以將遙控器的閑置按鍵設(shè)定為插排的開、關(guān)按鍵。

　　系統(tǒng)控制單元

　　單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，起著協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作、計(jì)算、控制的作用，出于低功耗、低成本的考慮，本系統(tǒng)采用TI公司的MSP430F149單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器，這是一款16位的單片機(jī)，內(nèi)部資源豐富，內(nèi)置12位A/D轉(zhuǎn)換器^[4]，并具有足夠多的外部I/O管腳，具有60KB的閃存和2KB的隨機(jī)存儲(chǔ)器，能夠進(jìn)入低功耗模式，降低系統(tǒng)功耗，滿足本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

　　過流、溫度檢測單元

　　過流及溫度檢測對(duì)于保護(hù)用電設(shè)備有著非常重要的作用，可延緩用電線路老化，并保障家庭用電安全。過流檢測電路采用量程為20A的ACS712芯片，該芯片將導(dǎo)線中電流轉(zhuǎn)換為電壓值，并從VOUT輸出，其轉(zhuǎn)換公式為VOUT=185mv/A，通過單片機(jī)內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換器，將電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再計(jì)算出電流值，根據(jù)實(shí)測電流值的大小與用戶設(shè)定的電流值相比較，如果大于用戶設(shè)定值，則單片機(jī)控制繼電器斷開電源。

　　溫度檢測采用DS18B20溫度傳感器，該款芯片驅(qū)動(dòng)簡單，并采用單總線連接方式，測溫范圍為-55~+125℃^[5]，滿足本設(shè)計(jì)的需求，該傳感器為數(shù)字傳感器，其將溫度數(shù)據(jù)通過單總線傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)接收后，轉(zhuǎn)換為溫度值，并在LCD上顯示，如果超過用戶設(shè)定的溫度值，則報(bào)警單元給出報(bào)警提示。電路如圖2。