基于MSP430單片機的智能插排設計

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

　　引言

　　隨著(zhù)人們生活水平的提高，健康、環(huán)保、節能的生活理念已深入人心，對于智能型、人性化的家居產(chǎn)品，受到了人們廣泛的關(guān)注^[1]。生活中，人們希望對某些用電設備的耗電情況進(jìn)行監控，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，人們希望對這些設備的耗電量有準確的把握，為解決這一問(wèn)題，本智能插排設置了電能計量功能，能夠對用電設備的耗電量進(jìn)行電能檢測及計量。而目前市場(chǎng)上的智能插排類(lèi)產(chǎn)品，只具有簡(jiǎn)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(zhù)稱(chēng)的MSP430單片機作為主控制器，輔以電能計量、過(guò)流檢測、定時(shí)通斷、溫度檢測、紅外遙控等功能，設計了一款具有低功耗、高性?xún)r(jià)比、人性化程度高等特點(diǎn)的智能型插排。

　　硬件設計

　　智能插排的工作原理

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

　　為了實(shí)現對用電設備的耗能監測，通過(guò)電能計量模塊進(jìn)行檢測計量，該模塊將電能值轉換為單位時(shí)間內的脈沖個(gè)數，單片機通過(guò)讀取脈沖個(gè)數的數值，可計算出耗電量，并通過(guò)LCD液晶顯示器顯示出來(lái)。

　　紅外接收單元主要用來(lái)接收家用遙控器的紅外編碼信息，并將接收到的結果輸出給單片機，單片機將接收到的紅外信號進(jìn)行解碼，根據識別出的信息驅動(dòng)繼電器進(jìn)行相應的動(dòng)作，從而實(shí)現智能插排的遙控功能，本智能插排能夠學(xué)習家用遙控器的任意兩個(gè)按鍵的紅外編碼，用戶(hù)可以將遙控器的閑置按鍵設定為插排的開(kāi)、關(guān)按鍵。

　　系統控制單元

　　單片機作為整個(gè)系統的核心，起著(zhù)協(xié)調系統工作、計算、控制的作用，出于低功耗、低成本的考慮，本系統采用TI公司的MSP430F149單片機作為系統的主控制器，這是一款16位的單片機，內部資源豐富，內置12位A/D轉換器^[4]，并具有足夠多的外部I/O管腳，具有60KB的閃存和2KB的隨機存儲器，能夠進(jìn)入低功耗模式，降低系統功耗，滿(mǎn)足本系統的設計要求。

　　過(guò)流、溫度檢測單元

　　過(guò)流及溫度檢測對于保護用電設備有著(zhù)非常重要的作用，可延緩用電線(xiàn)路老化，并保障家庭用電安全。過(guò)流檢測電路采用量程為20A的ACS712芯片，該芯片將導線(xiàn)中電流轉換為電壓值，并從VOUT輸出，其轉換公式為VOUT=185mv/A，通過(guò)單片機內置的A/D轉換器，將電壓值轉換為數字量，再計算出電流值，根據實(shí)測電流值的大小與用戶(hù)設定的電流值相比較，如果大于用戶(hù)設定值，則單片機控制繼電器斷開(kāi)電源。

　　溫度檢測采用DS18B20溫度傳感器，該款芯片驅動(dòng)簡(jiǎn)單，并采用單總線(xiàn)連接方式，測溫范圍為-55~+125℃^[5]，滿(mǎn)足本設計的需求，該傳感器為數字傳感器，其將溫度數據通過(guò)單總線(xiàn)傳輸給單片機，單片機接收后，轉換為溫度值，并在LCD上顯示，如果超過(guò)用戶(hù)設定的溫度值，則報警單元給出報警提示。電路如圖2。