基于MSP430单片机的智能插排设计

　　摘要：本文介绍了一种人性化、智能型的节能插排的设计，智能插排以超低功耗单片机MSP430F149作为控制核心，具有电能计量、过流检测、定时通断、温度检测等功能，还具有学习红外遥控编码的功能，可学习任意一款家用遥控器按键的红外编码，根据不同红外编码实现智能插排的开、关遥控功能，进而达到控制用电设备的目的。本文详细论述了系统各个部分的实现方法及工作原理，并给出相关电路原理图及程序流程图。该智能插排具有节能、易用、功能齐全以及安全可靠等特点。

　　引言

　　随着人们生活水平的提高，健康、环保、节能的生活理念已深入人心，对于智能型、人性化的家居产品，受到了人们广泛的关注^[1]。生活中，人们希望对某些用电设备的耗电情况进行监控，比如：电饭煲做一次饭的耗电量，电暖风工作半小时耗电多少，冰箱工作一天实际所需电量，人们希望对这些设备的耗电量有准确的把握，为解决这一问题，本智能插排设置了电能计量功能，能够对用电设备的耗电量进行电能检测及计量。而目前市场上的智能插排类产品，只具有简单的定时通断、状态指示的功能，功能单一、价格昂贵^[2-3]。为此，本文选用了以低功耗著称的MSP430单片机作为主控制器，辅以电能计量、过流检测、定时通断、温度检测、红外遥控等功能，设计了一款具有低功耗、高性价比、人性化程度高等特点的智能型插排。

　　硬件设计

　　智能插排的工作原理

　　智能插排的硬件系统主要由主控制器单元、电能计量单元、过流检测单元、红外接收单元、温度检测单元、继电器控制单元、显示及报警单元组成。硬件系统框图如图1。

　　为了实现对用电设备的耗能监测，通过电能计量模块进行检测计量，该模块将电能值转换为单位时间内的脉冲个数，单片机通过读取脉冲个数的数值，可计算出耗电量，并通过LCD液晶显示器显示出来。

　　红外接收单元主要用来接收家用遥控器的红外编码信息，并将接收到的结果输出给单片机，单片机将接收到的红外信号进行解码，根据识别出的信息驱动继电器进行相应的动作，从而实现智能插排的遥控功能，本智能插排能够学习家用遥控器的任意两个按键的红外编码，用户可以将遥控器的闲置按键设定为插排的开、关按键。

　　系统控制单元

　　单片机作为整个系统的核心，起着协调系统工作、计算、控制的作用，出于低功耗、低成本的考虑，本系统采用TI公司的MSP430F149单片机作为系统的主控制器，这是一款16位的单片机，内部资源丰富，内置12位A/D转换器^[4]，并具有足够多的外部I/O管脚，具有60KB的闪存和2KB的随机存储器，能够进入低功耗模式，降低系统功耗，满足本系统的设计要求。

　　过流、温度检测单元

　　过流及温度检测对于保护用电设备有着非常重要的作用，可延缓用电线路老化，并保障家庭用电安全。过流检测电路采用量程为20A的ACS712芯片，该芯片将导线中电流转换为电压值，并从VOUT输出，其转换公式为VOUT=185mv/A，通过单片机内置的A/D转换器，将电压值转换为数字量，再计算出电流值，根据实测电流值的大小与用户设定的电流值相比较，如果大于用户设定值，则单片机控制继电器断开电源。

　　温度检测采用DS18B20温度传感器，该款芯片驱动简单，并采用单总线连接方式，测温范围为-55~+125℃^[5]，满足本设计的需求，该传感器为数字传感器，其将温度数据通过单总线传输给单片机，单片机接收后，转换为温度值，并在LCD上显示，如果超过用户设定的温度值，则报警单元给出报警提示。电路如图2。