基于MSP430单片机的室内灯光控制器的设计及制作

1、-PAGE 2. z*外事学院1基于MSP430单片机的室灯光控制器的设计与制作-. z摘要最近的二十年里，各种新型技术开展迅速，越来越多的智能设备进入我们的生活，例如智能手表，智能手机等。在近几年，智能设备也从一些小器件上面逐步进入我们的生活中，智能门锁，智能自行车逐渐被人们创造使用。而随着社会的开展，越来越多的新兴技术被我们使用在日常生活中，例如利用声音感应和光电感应，我们制作出了声控灯，并且将其用到了千家万户，到后来我们生产出了可以远距离遥控的各种智能设备。这些智能设备使你可以远在公司就可以控制家里的空调温度等等操作。本文首先阐述了灯光控制和感应的原理，在此根底之上提出了如何进展整体的设

2、计。然后提出了本设计可行的几种方案。根据本设计提出的功能对方案进展筛选和甄别。确定最适合我们设备的方案。在确认了设计方案之后，分别介绍系统的单片机模块，信息采集模块和显示模块和控制模块。最后根据系统的功能进展软件系统的分析和模块化构架的设计。该系统能够在稳定运行的前提下进展灯光的识别和控制，本设计符合信息化建立的特点，是对现代生活信息化的一个实践。关键词：智能生活 灯光控制 单片机-. z目录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc15687 前言 PAGEREF _Toc15687 1 HYPERLINK l _Toc14047 1 绪论 PAGEREF _Toc14

3、047 1 HYPERLINK l _Toc26207 11 课题背景 PAGEREF _Toc26207 1 HYPERLINK l _Toc19699 12 设计目的 PAGEREF _Toc19699 1 HYPERLINK l _Toc7215 13 灯光控制系统的原理及过程 PAGEREF _Toc7215 2 HYPERLINK l _Toc6299 2 室灯光控制系统的整体设计方案 PAGEREF _Toc6299 3 HYPERLINK l _Toc10886 21 室灯光控制系统的介绍 PAGEREF _Toc10886 3 HYPERLINK l _Toc10719 211

4、 室灯光控制系统的类型 PAGEREF _Toc10719 3 HYPERLINK l _Toc6394 212 光线传感器的原理 PAGEREF _Toc6394 4 HYPERLINK l _Toc7909 22 设计方案 PAGEREF _Toc7909 4 HYPERLINK l _Toc866 221 方案设计思想 PAGEREF _Toc866 4 HYPERLINK l _Toc25439 222 系统总体框架 PAGEREF _Toc25439 5 HYPERLINK l _Toc2680 3 msp430单片机的室灯光控制系统的硬件设计 PAGEREF _Toc2680 6

5、HYPERLINK l _Toc12716 31 元器件选型及元器件参数介绍 PAGEREF _Toc12716 6 HYPERLINK l _Toc20870 311 单片机选型及参数 PAGEREF _Toc20870 6 HYPERLINK l _Toc12485 312 光敏电阻 PAGEREF _Toc12485 7 HYPERLINK l _Toc6415 313显示模块 PAGEREF _Toc6415 7 HYPERLINK l _Toc18128 314 模数转换模块 PAGEREF _Toc18128 8 HYPERLINK l _Toc24486 32 系统电路设计 PA

6、GEREF _Toc24486 9 HYPERLINK l _Toc27910 321 电源电路 PAGEREF _Toc27910 9 HYPERLINK l _Toc17069 323按键设置电路设计 PAGEREF _Toc17069 12 HYPERLINK l _Toc30737 324显示电路 PAGEREF _Toc30737 12 HYPERLINK l _Toc26061 4 室灯光控制系统软件设计 PAGEREF _Toc26061 13 HYPERLINK l _Toc8204 41 软件开发环境 PAGEREF _Toc8204 13 HYPERLINK l _Toc8

7、038 42 室灯光控制系统主程序流程图 PAGEREF _Toc8038 13 HYPERLINK l _Toc11720 5 系统调试 PAGEREF _Toc11720 15 HYPERLINK l _Toc22855 51 硬件调试 PAGEREF _Toc22855 15 HYPERLINK l _Toc7945 52 软件调试 PAGEREF _Toc7945 16 HYPERLINK l _Toc20595 53 系统测试结果 PAGEREF _Toc20595 16 HYPERLINK l _Toc25045 6 结论 PAGEREF _Toc25045 17 HYPERLIN

8、K l _Toc29630 61 总结 PAGEREF _Toc29630 17 HYPERLINK l _Toc24699 参考文献 PAGEREF _Toc24699 18 HYPERLINK l _Toc3800 致 PAGEREF _Toc3800 18- PAGE 18. z*外事学院1前言这些年，智能化生活逐渐被人们承受，在庞大的智能化产品生产体系中，智能化生活和信息化生活是一个意义很接近的词汇，在信息化生活中，一个重要的特点就是对身边信息的采集，例如我们生活中的PM2.5粉尘传感器可以告诉我们外面的空气质量，提醒我们是否应该带口罩出门或者我们生活中所接触到的温湿度传感器等等，这些

9、传感器通过特定的APP一直在给我们的生活提供方便，则在生活中我们不仅仅在获得信息，同时我们也在使用一些智能的嵌入式设备对身边的环境进展控制，例如当我们不在家,我们可以通过家里的智能摄像头远程方便地查看家里的情况，同时利用摄像头上携带的传感器得到家里的温度等信息。从信息化到智能化的转变，就是一种当我们快到家时，当我们发现家里温度很低时我们可以翻开空调。还有一些情况就是如果我们生活的环境存在大量的粉尘，我们能够命令扫地机器人清洁我们的生活的环境。1 绪论1.1 课题背景在目前所使用的灯光控制系统中，多为随着周围环境光照强度的变化而变化的灯光管理系统。在特定的使用场合我们可以使用这种灯光管理系统去营

10、造各种各样的气氛。在其系统部使用光线传感器对周围的数据进展采集。并将传感器检测到的各种复杂的信息传送到中央处理器中进展集中地分析和处理。随后其显示模块或者灯光控制芯片接收到处理器发送出来的命令后经过分析后将光照逐渐转变为适宜的强度和颜色。1.2设计目的随着近年来生活科学的进步。越来越多的传感器在我们的生活中被使用。社会在不断地高速开展和进步，实际的生产生活中已经出现了丰富多彩的传感器。我们的生活方式依托传感器也发生了很大的改变。在我国，传感器技术已经被用在了方方面面，在停车场我们会用到检测车牌的传感器。同样身处走廊之中们人们可以使用声音智能控制控系统。在不久的将来，工业开展越来越迅猛。传感器工

11、业也会得到更高更快的开展。目前我们所熟知的灯光控制系统因为主要被安装在大型场合中使用，所以其本钱太高，不适合家庭安装。因此，开发一款可以在家使用的简单型灯光控制系统尤为重要。1.3 灯光控制系统的原理及过程本系统使用MSP430为主控芯片，光敏电阻来获得现场的灯光信息。采集到的环境光照强度通过LCD1602显示，及时发现灯光变化情况，并且记录相关光照变化信息。当我们设定好了灯光强度限度以后，每次灯光强度降到*一个刻度之后，都会使计数器加一。记录在我们的1602上面。当光照低于按键预先设计好的限度时，电路板上面的8个led小灯会全部亮起。在完本钱设计的时，要求理解本设计所实用的单片机的根本使用方

12、法和学会使用光敏电阻和模数转换模块进展数据的转化。在完成设计的同时完成论文的撰写。要求所设计的室灯光控制系统能够实现以上功能，要求可以根据书本上所学的知识进展初步的时间记录。懂得使用电子设计相关器材，例如电烙铁，吸锡器等等。并理解本系统各模块之间的分工合作关系。懂得各模块芯片如何运行如何工作，以及如何使用供电模块得到我们所需要的电平，做到以学到的知识完成实践，自己完本钱设计所有功能。2室灯光控制系统的整体设计方案2.1 室灯光控制系统的介绍日常生活中常用的室灯光管理系统。主要是集成了一些常用的环境信息采集和智能控制的管理系统。他一般所具有的功能有灯光的软开关调整灯光亮度和遥控开关灯光等。而本系

13、统所设计的灯管管理系统主要由三局部组成。分别是由显示器组成的显示模块，由按键阵列组成的输入模块以及本系统所使用的灯光感应模块。由于本系统需要对光线进展感应，所以适当的挑选了光敏电阻作为感应光线的器件。其在灯光发生变化时会改变自身阻值，而导致电压的改变。可以巧妙地配合使用数模转换芯片。我们可以将灯光的变化信息传递到单片机进展处理后显示在显示屏中。2.1.1 室灯光控制系统的类型室灯光控制系统的类型大致可分为： 通过感应控制室灯光的开关这类系统通过感应固定围的情况变化来决定是否将照明灯光翻开或者关闭。当其检测到灯光较暗已经不能分清事物时，这种控制系统随即控制灯光翻开，提供照明。这种系统仅仅是使用了

14、光线传感器或者光敏电阻来进展信息的采集。(2)通过感应外界亮度控制室亮度在一些舞台等场合或者*些设施中。有些情况需要灯光来营造气氛，但是随着情况的变化，光线也随之变化，使用这种系统的还有旋转餐厅。当其旋转到较亮的地方时，此系统可以将周围灯光逐渐条件到较暗的情况下，给人以舒适的环境。(3)通过感应声音和光线的声控这样的室灯光控制系统通常的情况下使用在日常生活的走廊中。在他们设计时，主要是为了晚上当行人路过时给行人提供一些帮助。这种声控系统一般有光敏电阻和声控元件组成。白天，光敏电阻检测到有光照，系统则不驱使灯光翻开，晚上当灯光系统检测不到光照时，翻开声控元件。当有声音经过时翻开灯光提供照明。(4

15、)复合型的室灯光控制系统在有些系统中，需要根据环境的切换实时切换自己的功能。在目前的产品中。智能灯泡做到了以上系统的所有功能。使用他们只需要用固定的APP进展简单的控制。在设计和制作的过程之中应该认真思考使用什么样的灯光控制系统。并不是全部的所灯光控制系统都是我们可以成功实现的。也并非适用于我们所设计的环境。所以要根据本设计的功能要求，选取适宜的方案，才能到达准确完本钱设计的目的。2.1.2 光线传感器的原理在这套系统之中光线传感器中的主要元件是光敏电阻。光敏电阻没有极性。他和普通的电阻一样使用。但是其在光照的情况下，其部可移动的电子增加，使得其导电能力上升。随着光照强度的增加，其光敏电阻的阻

16、值越来越小，其两端的电压变小，电流变大。通过检测其变化程度得到目前光线变化的数据。光线传感器的使用其实非常的普遍和常见，在当今的社会生活中，它会被用在智能手机上面。当光线发生一定的变化时候，而且比*一固定的值高一些的时候，它就会将外面的光线较强的的信息传送的系统的外部，请求系统去调高本显示器的显示亮度，或者在使用时，如果手机原本是倒置状态，在系统运行时，系统检测到手机的位置从倒立变成直立，并且光线传感器的数据增加。则系统可以经过情景模式分析为手机被从口袋里取出。这时屏幕将会被系统将自动点亮。2.2 设计方案2.2.1 方案设计思想本系统利用MSP430单片机，光线感应使用了单纯的光敏电阻配合M

17、SP430自带的模数转换通道使用，使用手动按键来控制系统的监控下线，同时包括LCD1602构成的显示模块。显示模块显示目前光照的强度和到达光线下限的次数，本系统可以实现声光报警的功能。由于本系统需要使用光敏电阻来感应光线变化。所以本系统为了将光敏电阻所得到的模拟信号转化成为数字信号，将使用MSP430自带的模数转换通道。本系统使用USB导线提供电源。本系统使用光敏电阻来感应光线的变化。结合MSP430自带的模数转换通道来得到相关数字信号。随后将数据通过导线传递到单片机中。单片机接收光敏电阻传递回来的数据后，首先将其按照固定格式显示到LCD1602中，随后判断其数值有没有超过本设计运行时所设定的

18、数值。如果超过数值了，则LCD1602上的数目进展加一。当需要重新测定环境的光线时，按下按键矩阵中左下角的按键则系统记录的光照信息清零。在程序运行时，我们可以通过调节程序中的灯光强度的大小设置新的灯光强度下限。每当灯光强度没有超过我们预先设计的固定数值时，msp430单片机将会控制计数器自动加1，与此同时8个LED灯将会全部亮起。系统工作原理图2.1所示。图2.1系统工作原理图2.2.2 系统总体框架根据系统功能要求。本系统需要使用到三个模块。分别是使用了光敏电阻和数模转换芯片的数据采集模块。使用了MSP430的数据的中央控制模块和使用LCD1602的显示模块。该系统框架如图2.2所示。图 2

19、.2总体框架图系统的工作原理：数据采集模块通过检测光线的变化，并将光线强度的流明信号通过MSP430自带的模数转换通道转化为可以被单片机处理的数字信号。随后使用单片机判断数据是否到达所设定的限制。当超过了限制以后,将更改后的数据打印到显示模块中。我们完全可以通过按键控制模块输入一个新的限制值。3.msp430单片机的室灯光控制系统的硬件设计3.1 元器件选型及元器件参数介绍3.1.1 单片机选型及参数本系统的核心元件是单片机和光敏电阻。在选择单片机时。我们选择了其部容量可以到达本设计要求大容量芯片。与此同时还要求这块芯片可以支持ad转换。通过教师和同学的推荐。最后选用单片机MSP430。MSP

20、430管脚图如图3.1所示。图 3.1MSP430管脚图3.1.2 光敏电阻本系统使用光敏电阻来作为光照传感器使用。这样搭配的优势是:制作的本钱在一定的程度上可以有效地减小，在另一方面通过光敏电阻的研究能够升华自身的技能。本系统较其他传感器而言，使用了简单的两种方式，完成了其他昂贵传感器所共有的功能。市面上销售的光照传感器一般都是在接收光照后，先进展光电转换将光照的强度转化为相应的电压值。随后在其后连接相应的传感器进展数据的处理。光照数据通常会被随后的处理模块处理掉。同时光照传感器一般可将光照信息转化为0-2V的电压数据或者4-20MA的电流数据。太阳能发电的原理也可以被另外一种光线传感器巧妙

21、高效地使用。在原本安装光敏元件的位置安装了一小块太阳能板，通过太阳能板接收紫外线光照产生的电流来测量紫外线强度。这种传感器一般都带有自己的数据转换芯片。光敏电阻如图3.2所示。图3.2光敏电阻3.1.3 显示模块Lcd1602是一种在市场上使用非常普遍的液晶屏。随着时代的开展，虽然LCD1602现在在电子设计中的地位逐渐被其他LCD所取代。但是同属于字符液晶，LCD1602的资料要多一些且HD44780有使用经历。所以本设计选用LCD1602来提供显示功能。它是一块专门用于显示字符的点阵lcd屏。目前多种行模块可供选择。也有背光和不带背光两种。LCD1602共有16个引脚。略去VSS和VDD。

22、LCD1602的第三引脚为比照度调整引脚。此引脚设置不当可能会造成鬼影现象。第四引脚为存放器选择引脚。通过其上下电平控制目前正在传输的是数据还是命令。第五引脚为读写信号线。第六引脚为始能引脚。其次第7到14为8位双向数据线。最后两个为背光电源。本设计开发板本身不自带LCD1602。所以本设计使用多孔插槽安装LCD1602。如图3.3所示。图3.3 LCD1602的外观3.1.4 模数转换模块本系统中由于使用光敏电阻作为测量光照强度的工具。其智能反响给我们电压的变化，而我们使用的单片机只能处理数字信号。所以我们需要使用模数转换工具将电阻反响给我们的模拟信号转化为数字信号。MSP430自带的模数转

23、换模块。MSP的模数转换通道的转换频率要高于ADC0832的分辨率的水平，可以满足模拟转换的一般要求。模数转换模块数据读取流程如图3.4所示。图3.4模数转换模块数据读取流程图3.2 系统电路设计3.2.1 电源电路由于本系统使用的处理器为MSP430。所以本系统需要为其提供3V供电。本系统使用专用5V电源接口供电。在接口中使用电源管理芯片来将系统供电分别分成5V和3V供电。如图3.5所示。图3.5电源电路3.2.2 单片机最小系统MSP430单片机需要有单片机最小系统提供其运行的根本要求。其中包括电源供电，防止程序崩溃的复位系统和提供其运行时钟的晶振电路。单片机最小系统如图3.6所示。图3.

24、6 单片机最小系统在系统需要重新开场时和系统发生错误时，单片机的复位功能提供了解决的方法。其连接方法是给其固定的低电平。当需要复位时使用高电平进展复位。复位电路在电子设计中经常被使用。同时各种设备的复位方法也有很多。单片机的复位方法比方看门狗Watch Dog、软件复位等等。晶体振荡器经常被使用来提供时钟信号或者称之为晶振。门电路的正常工作的首要因素就是在系统中要具有晶振提供时钟震荡，单片机只有在拥有晶振信号的情况下才能正常工作。晶振的作用非常大，例如在程序中需要使用晶振来确定*个程序执行的时间。在*些情况之下，可以知道*指令需要几个周期来执行，执行一个程序或者一个函数具体所需要花费的精准时间

25、可以通过晶振参数可以知道。通常晶振也会被用在一些电脑器材当中。晶振的时钟信号经过倍频器可以将频率提高到很高的情况。然后供应一些要求频率高的器件使用。当然，高频率的时钟也可以通过分频器进展降频。并且同一个时钟信号可以降频成多个时钟源，供应多个外接设备使用。3.2.3按键设置电路设计电路共使用了3个键位控制，在这套开发板设计中存在四个根本的按键：1S1键：开关S1键是设置光照强度的界限值。按住增加；2S2键：开关S2键是报置光照强度的界限值。按住减小;3S3键：开关S3键是清楚当前的计数值。按住两秒起效；3个按键分别与单片机的P1。1-P1。3口相连。系统按键设置电路如图3.7所示。图 3.7按键

26、电路3.2.4显示电路显示当前光照强度。光照强度限制数值和计数。显示电路如图3.8所示。 图 3.8显示电路4 室灯光控制系统软件设计4.1 软件开发环境次毕业设计运用的是C语言。在MSP430单片机中，编写相关的程序允许使用C语言和汇编语言。但是汇编语言有其独有的特点，那就是不好读懂不方便理解。所以本系统不使用汇编语言。C语言比拟汇编语言，其优势最明显的是本系统可以进展模块化编程。各个不同的功能能够完美的封装成不同的函数。保证每个函数只完成一件事。通过多模块的搭配使用最终完成设计。C语言和其他高级语言相比，其优势在于高级语言如果要运行在电脑上，首先要安装运行环境，例如Java我们就需要安装j

27、ava的 jdk。通常情况之下，C语言可以在任何系统中直接运行。而且C语言同时也可以运行在任何芯片上。在本设计中使用的MSP430单片机，无法在其上面运行系统。所以无法搭建供Java等高级语言所运行的环境。综合考虑，本设计使用C语言完成软件局部代码的编写。4.2 室灯光控制系统主程序流程图本系统的使用程序采用模块化设计方法。将主要功能分成多个模块，分别是对光线进展采集的光线接收模块，对数据进展处理的单片机控制模块，按键输入模块和显示模块。本程序运行的根本流程是:单片机开场运行后，第一步依据相关的程序进展相初始化。如配置变量和构造体的申请。当初始化完毕时，当我们需要设置光照强度的限制时。只需要按

28、住按键的第一个按键，数值就会增加。按住第二个，设置的光照强度限制就会减小。长按第三个按键则显示技术局部会被清零。因为本设计采用长按的方式进展设计，所以本系统在开场时初始化了定时器子程序。通过使用计时器子程序做到了防止硬件抖动的情况。按照程序采用循环的方法读取AD转化模块传递回来的数据。此数据来自光敏电阻所传递过来的模拟信号。当接收到信号后，首先将其数据经过处理传输到显示模块显示当前光照强度。单片机继续进展判断，如果其数值超过系统设置的亮度限度。则通知显示模块在其显示计数局部加一。最后返回到初始化，并循环执行这个过程。其大致流程流程图如图4.1所示。图4.1 系统流程图5 系统调试5.1 硬件调

29、试在硬件调试期间，第一步可以想方法找到开发板的电路图，通过对电路图和开发板的分析比对，确定电路板是否有一定的损坏。同时，因为开发板将430的托盘安插在开发板上，所以首先使用万用表对430上的各个引脚到开发板上的连接点进展了检查。检查每个点是否都正常导通。随后使用酒精对整个电路板进展清洗。同时查看各元件有没有松动或者损坏。防止在软件调试过程中运行发生错误有找不到软件出问题的原因的情况。随后，找到电路板的案例程序，可以将程序分别下载到电路板进展各模块的检测。分辨检测led数码管是否显示正常，有无诡影出现。随后对此系统的蜂鸣器模块进展检查，通过下载对应的pwm程序，观察蜂鸣器是否能够正常发出声音。最

30、后，下载按键程序对案件模块进展检查。本开发板使用16个按键。由4*4矩阵组成。每排每列4个。程序中按照从左到右从上到下的顺序进展排列。当按下案件后。在led数码管上会显示当前按下按键的编号是多少。反复检测屡次，此电路板没有任何问题。接下来可以将本设计的程序下载到开发板进展调试。调试中遇到一些问题，比方：本设计在设计时。按照思路。按键没按下一次。光照强度限制增加一。每按下第二个按键时光照强度限制减小以。都是按下后数值一直在变化。因为设计要求时按下案件后只进展一次变化。经过思考和询问教师后得知。在研究的过程中发现程序运行的判断方法存在问题。例如将案件按下后。p1。1将会被置1。而在程序循环检测中。

31、只要此位位1。就在限度上增加一。因为程序运行的很快。当我们按下后循环就已经发生了很屡次。所以造成了数值上升很快。随后经过对程序的更改。P1。1的数值每变化一次只进展一次增减。但是再进展限制增减的过程中。按下按键之后数字会怎加10到20不等。且每次的数字不一样。再次经过询问教师得知。这是因为硬件抖动造成的。而解决硬件抖动的方法有软件防抖和硬件防抖。MSP430本身并不自带硬件防抖功能。所以听从教师的意见。在程序中添加了软件防抖模块。在后来的调试中。因为需要将限制设置为一个比拟大的数目。在按下按键的过程中需要反复按下许屡次，显然这种按键方式不适合使用在本系统中。第一按下几百次按键很消耗时间。如果本

32、设计是一个对时间要求很强的系统。则一两百次的按键可能导致措施捕捉数据的时机。其次。在使用过程中对这种按键按下一两百次会伤到手指。经过思考。决定将定时防抖功能调整使用在这个问题上。既每当按键按下一定时间以后。数字开场连续增加或者减小。5.2 软件调试本设计在进展软件编码时。主要使用的是模块化设计。在程序中的模块分别含有。从模数转换通道取得光照数据的A/D配置和转换模块。和进展数据显示的LCD子程序。在LCD子程序中又含有更新当前光照强度。更新设置光照限度函数和更新技术的函数。在按键程序中包含定时子程序。用来进展软件防抖操作。在本设计的编写软件过程中碰到了一些问题:本系统使用C语言进展编程。在本系

33、统进展代码的编写时。从网上寻找LCD1602的相关资料和配置程序。但是将程序下载到系统中使用却出现了一些问题。经过同学的指导。得知在程序的头文件中修改相应的引脚后就能够成功地运行了。在程序调试期间。有时在查看自己以前写的程序时。发现阅读时不理解程序，只能重新编写相应的程序了。经过总结得知。在编写程序时。最好实现想好总体程序的框架。然后再编写过程中规自己的变量名和函数名。方便以后对自己的代码进展阅读。同时也给别人的理解提供方便。经过一次又一次的失败体会的写程序时要警觉：程序应该配合上适宜的注释。在注释中可以记录例如程序框架。执行流程等，这样每一步的程序的目的一目了然也可以进展程序问题的定位，而且也易于移植；5.3 系统测试结果进过对各个模块进展单独运行和对各模块程序进展整合。各模块的功能已经实现。系统可以稳定运行。为了测试设计效果。对本系统进展了模拟测试。首先为系统连接上电源。然后按下系统的电源开关。这是在Lcd1602上将会直接显示当前的光照强度和光照限度000