基于MSP430單片機的智能護眼燈設計

楊立生　殷浩　陳曦

摘 要：智能護眼燈以MSP430F149為核心，通過中央處理器對亮度和人體距離等環境采集，實現護眼燈的照明亮度實時控制和環境數據顯示功能。燈珠采用高亮白光LED，恒流驅動，無頻閃，不傷害眼睛，保護視力。采用光傳感器采集光照強度和人體熱釋紅外傳感器檢測人與燈的距離，根據光照強度和人體距離控制燈珠亮度。

關鍵詞：護眼燈；MSP430F149；光傳感器；紅外傳感器

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）01-0011-02

現在市場上臺燈使用的發光體常為普通熒光管或LED，燈光亮度不能隨環境變化自動調節，存在光線過弱或過強的弊端，長時間使用會導致人眼疲勞，影響視力。即使是護眼臺燈，其亮度調節只有手動方式，并且檔位有限，給使用者帶來很大的不便。另外，一般臺燈發光部分為單一燈管或數顆LED集中發光，投光后，比如手和筆，不可避免地對光線有所遮擋，從而形成暗影區，影響辦公寫字。針對以上情況，設計了一款集護眼、無影和高效為一體的護眼臺燈，以填補市場空缺。

基于MSP430單片機的智能護眼燈系統結構圖如圖1所示，包含單片機MSP430F149、人體感應模塊、溫度檢測模塊、超聲波感應模塊、光線檢測模塊、燈光控制模塊和顯示模塊。其中，人體感應模塊采用紅外檢測傳感器檢測是否有人在燈的附近：如果附近有人，燈光變亮；如果附近沒有人，燈光則變暗或滅掉。光線檢測模塊采用光敏傳感器采集光線的亮暗，然后控制燈光的亮暗。超聲波感應模塊檢測臺燈與人體的距離，根據距離的遠近自動調節光線的亮暗。溫度檢測模塊采用溫度傳感器檢測當前的溫度，提示燈前的人注意保暖。顯示模塊采用液晶模式顯示當前檢測的溫度、距離等信息，便于燈前工作的人了解當前的情況。

圖1 智能護眼燈系統硬件結構圖

1 智能臺燈檢測模塊設計

1.1 人體感應模塊

人體感應模塊采用人體熱釋紅外傳感器檢測是否有人在燈的附近，經過信號放大模塊biss001，放大后傳送到單片機進行處理：如果檢測到有人在臺燈附近，并且單片機采集到外界亮

度較低，人與單片機距離較小且穩定時，臺燈會自動點亮；如果檢測到沒有人，臺燈會自動關閉。其原理圖如圖2所示，其中KP500b為紅外傳感器，biss001為模擬信號放大元件。

圖2 人體感應模塊原理圖

1.2 超聲波測距模塊

該模塊與人體感應模塊共同作用，在判斷燈前人與燈的距離的同時，自動調結燈光的亮度，提醒燈前人保持好視距，注意用眼睛健康。基本原理（如圖3）：經發射器發射出長約6 mm，頻率為40 kHz的超聲波信號。此信號被物體反射回來，由接收頭接收。接收頭實質上是一種壓電效應的換能器。它接收到信號后產生毫伏級的微弱電壓信號，由單片機U1產生40 kHz的方波，直接驅動CD4049芯片，后面的CD4049則對40 kHz頻率信號進行調理，使超聲波傳感器產生諧振。超聲波在固體中傳播速度最快，在氣體中傳播速度最慢，而且聲速c與溫度有關。如果環境溫度變化顯著，必須考慮溫度補償問題。空氣中聲速（c）與溫度（T）的關系可以表示為：

（m/s）.

在片內，TMP275不僅用于顯示溫度，還用于補償產生波測距的距離。

圖3 超聲波測距模塊原理圖

1.3 溫度檢測模塊

該部分通過TMP275采集溫度數據，并通過I2C總線反饋給

單片機顯示，提示燈前人注意環境溫度的變化。該器件的主要特性包括：50 μA功耗、9～12 b可編程分辨率、0.1 μA關機電流模式、整個溫度范圍內出色的穩定性和-40～+125 ℃的廣泛工作溫度范圍。該器件還允許使用8個不同地址，以實現接口總線設計的高靈活性，電路中A0，A1，A2接地用于決定芯片的器件地址。溫度傳感器TMP275可直接輸出數字信號，無須對采樣信號作信號調理和信號的模數轉換，可以直接傳輸給單片機信號處理系統，測溫精度±0.5 ℃。TMP275兩線串行接口（引腳SDL，SDA）與I2C總線接口兼容，可直接與其相連。

2 智能臺燈驅動和顯示模塊設計

F149將外部數據混合處理后得到燈光強度，發送給燈光控制模塊MSP430G2553，由它產生PWM波，通過CAT4104驅動LED。在外界情況無任何改變時，該芯片將進入睡眠模式（如圖4）。

CAT4104提供了4個匹配的低壓差電流吸收器來驅動高亮度，LED串175 mA每通道。LED通道的電流通過連接一個外部電阻RSET管腳，LED引腳兼容，高電壓高達25 V，支持長串LED的驅動。

圖4 環境溫度檢測模塊原理圖

通過F149MCU將采集到的光照、溫度、人體距離和時間等信號綜合處理后，發送給12864液晶顯示屏顯示。讓用戶對環境有一個量化的認識。

3 結束語

本智能燈能夠顯示溫度、人體與燈的距離和時間。在檢測到人體時，通過近距離檢測，自動調節光線強度；未檢到人體時，處于低功耗模式，待機電流只有十幾微安，符合當前對環保低碳的要求。

參考文獻

[1]沈建華，楊艷琴. MSP430系列16位超低功耗單片機原理與實踐[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[2]楊立生，趙航. 80C51F005在微波治療儀中的應用[J].科技信息，2009（29）：94-95.

〔編輯：吳珍〕

摘 要：智能護眼燈以MSP430F149為核心，通過中央處理器對亮度和人體距離等環境采集，實現護眼燈的照明亮度實時控制和環境數據顯示功能。燈珠采用高亮白光LED，恒流驅動，無頻閃，不傷害眼睛，保護視力。采用光傳感器采集光照強度和人體熱釋紅外傳感器檢測人與燈的距離，根據光照強度和人體距離控制燈珠亮度。

關鍵詞：護眼燈；MSP430F149；光傳感器；紅外傳感器

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）01-0011-02

現在市場上臺燈使用的發光體常為普通熒光管或LED，燈光亮度不能隨環境變化自動調節，存在光線過弱或過強的弊端，長時間使用會導致人眼疲勞，影響視力。即使是護眼臺燈，其亮度調節只有手動方式，并且檔位有限，給使用者帶來很大的不便。另外，一般臺燈發光部分為單一燈管或數顆LED集中發光，投光后，比如手和筆，不可避免地對光線有所遮擋，從而形成暗影區，影響辦公寫字。針對以上情況，設計了一款集護眼、無影和高效為一體的護眼臺燈，以填補市場空缺。

基于MSP430單片機的智能護眼燈系統結構圖如圖1所示，包含單片機MSP430F149、人體感應模塊、溫度檢測模塊、超聲波感應模塊、光線檢測模塊、燈光控制模塊和顯示模塊。其中，人體感應模塊采用紅外檢測傳感器檢測是否有人在燈的附近：如果附近有人，燈光變亮；如果附近沒有人，燈光則變暗或滅掉。光線檢測模塊采用光敏傳感器采集光線的亮暗，然后控制燈光的亮暗。超聲波感應模塊檢測臺燈與人體的距離，根據距離的遠近自動調節光線的亮暗。溫度檢測模塊采用溫度傳感器檢測當前的溫度，提示燈前的人注意保暖。顯示模塊采用液晶模式顯示當前檢測的溫度、距離等信息，便于燈前工作的人了解當前的情況。

圖1 智能護眼燈系統硬件結構圖

1 智能臺燈檢測模塊設計

1.1 人體感應模塊

人體感應模塊采用人體熱釋紅外傳感器檢測是否有人在燈的附近，經過信號放大模塊biss001，放大后傳送到單片機進行處理：如果檢測到有人在臺燈附近，并且單片機采集到外界亮

度較低，人與單片機距離較小且穩定時，臺燈會自動點亮；如果檢測到沒有人，臺燈會自動關閉。其原理圖如圖2所示，其中KP500b為紅外傳感器，biss001為模擬信號放大元件。

圖2 人體感應模塊原理圖

1.2 超聲波測距模塊

該模塊與人體感應模塊共同作用，在判斷燈前人與燈的距離的同時，自動調結燈光的亮度，提醒燈前人保持好視距，注意用眼睛健康。基本原理（如圖3）：經發射器發射出長約6 mm，頻率為40 kHz的超聲波信號。此信號被物體反射回來，由接收頭接收。接收頭實質上是一種壓電效應的換能器。它接收到信號后產生毫伏級的微弱電壓信號，由單片機U1產生40 kHz的方波，直接驅動CD4049芯片，后面的CD4049則對40 kHz頻率信號進行調理，使超聲波傳感器產生諧振。超聲波在固體中傳播速度最快，在氣體中傳播速度最慢，而且聲速c與溫度有關。如果環境溫度變化顯著，必須考慮溫度補償問題。空氣中聲速（c）與溫度（T）的關系可以表示為：

（m/s）.

在片內，TMP275不僅用于顯示溫度，還用于補償產生波測距的距離。

圖3 超聲波測距模塊原理圖

1.3 溫度檢測模塊

該部分通過TMP275采集溫度數據，并通過I2C總線反饋給

單片機顯示，提示燈前人注意環境溫度的變化。該器件的主要特性包括：50 μA功耗、9～12 b可編程分辨率、0.1 μA關機電流模式、整個溫度范圍內出色的穩定性和-40～+125 ℃的廣泛工作溫度范圍。該器件還允許使用8個不同地址，以實現接口總線設計的高靈活性，電路中A0，A1，A2接地用于決定芯片的器件地址。溫度傳感器TMP275可直接輸出數字信號，無須對采樣信號作信號調理和信號的模數轉換，可以直接傳輸給單片機信號處理系統，測溫精度±0.5 ℃。TMP275兩線串行接口（引腳SDL，SDA）與I2C總線接口兼容，可直接與其相連。

2 智能臺燈驅動和顯示模塊設計

F149將外部數據混合處理后得到燈光強度，發送給燈光控制模塊MSP430G2553，由它產生PWM波，通過CAT4104驅動LED。在外界情況無任何改變時，該芯片將進入睡眠模式（如圖4）。

CAT4104提供了4個匹配的低壓差電流吸收器來驅動高亮度，LED串175 mA每通道。LED通道的電流通過連接一個外部電阻RSET管腳，LED引腳兼容，高電壓高達25 V，支持長串LED的驅動。

圖4 環境溫度檢測模塊原理圖

通過F149MCU將采集到的光照、溫度、人體距離和時間等信號綜合處理后，發送給12864液晶顯示屏顯示。讓用戶對環境有一個量化的認識。

3 結束語

本智能燈能夠顯示溫度、人體與燈的距離和時間。在檢測到人體時，通過近距離檢測，自動調節光線強度；未檢到人體時，處于低功耗模式，待機電流只有十幾微安，符合當前對環保低碳的要求。

參考文獻

[1]沈建華，楊艷琴. MSP430系列16位超低功耗單片機原理與實踐[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[2]楊立生，趙航. 80C51F005在微波治療儀中的應用[J].科技信息，2009（29）：94-95.

〔編輯：吳珍〕

摘 要：智能護眼燈以MSP430F149為核心，通過中央處理器對亮度和人體距離等環境采集，實現護眼燈的照明亮度實時控制和環境數據顯示功能。燈珠采用高亮白光LED，恒流驅動，無頻閃，不傷害眼睛，保護視力。采用光傳感器采集光照強度和人體熱釋紅外傳感器檢測人與燈的距離，根據光照強度和人體距離控制燈珠亮度。

關鍵詞：護眼燈；MSP430F149；光傳感器；紅外傳感器

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）01-0011-02

現在市場上臺燈使用的發光體常為普通熒光管或LED，燈光亮度不能隨環境變化自動調節，存在光線過弱或過強的弊端，長時間使用會導致人眼疲勞，影響視力。即使是護眼臺燈，其亮度調節只有手動方式，并且檔位有限，給使用者帶來很大的不便。另外，一般臺燈發光部分為單一燈管或數顆LED集中發光，投光后，比如手和筆，不可避免地對光線有所遮擋，從而形成暗影區，影響辦公寫字。針對以上情況，設計了一款集護眼、無影和高效為一體的護眼臺燈，以填補市場空缺。

基于MSP430單片機的智能護眼燈系統結構圖如圖1所示，包含單片機MSP430F149、人體感應模塊、溫度檢測模塊、超聲波感應模塊、光線檢測模塊、燈光控制模塊和顯示模塊。其中，人體感應模塊采用紅外檢測傳感器檢測是否有人在燈的附近：如果附近有人，燈光變亮；如果附近沒有人，燈光則變暗或滅掉。光線檢測模塊采用光敏傳感器采集光線的亮暗，然后控制燈光的亮暗。超聲波感應模塊檢測臺燈與人體的距離，根據距離的遠近自動調節光線的亮暗。溫度檢測模塊采用溫度傳感器檢測當前的溫度，提示燈前的人注意保暖。顯示模塊采用液晶模式顯示當前檢測的溫度、距離等信息，便于燈前工作的人了解當前的情況。

圖1 智能護眼燈系統硬件結構圖

1 智能臺燈檢測模塊設計

1.1 人體感應模塊

人體感應模塊采用人體熱釋紅外傳感器檢測是否有人在燈的附近，經過信號放大模塊biss001，放大后傳送到單片機進行處理：如果檢測到有人在臺燈附近，并且單片機采集到外界亮

度較低，人與單片機距離較小且穩定時，臺燈會自動點亮；如果檢測到沒有人，臺燈會自動關閉。其原理圖如圖2所示，其中KP500b為紅外傳感器，biss001為模擬信號放大元件。

圖2 人體感應模塊原理圖

1.2 超聲波測距模塊

該模塊與人體感應模塊共同作用，在判斷燈前人與燈的距離的同時，自動調結燈光的亮度，提醒燈前人保持好視距，注意用眼睛健康。基本原理（如圖3）：經發射器發射出長約6 mm，頻率為40 kHz的超聲波信號。此信號被物體反射回來，由接收頭接收。接收頭實質上是一種壓電效應的換能器。它接收到信號后產生毫伏級的微弱電壓信號，由單片機U1產生40 kHz的方波，直接驅動CD4049芯片，后面的CD4049則對40 kHz頻率信號進行調理，使超聲波傳感器產生諧振。超聲波在固體中傳播速度最快，在氣體中傳播速度最慢，而且聲速c與溫度有關。如果環境溫度變化顯著，必須考慮溫度補償問題。空氣中聲速（c）與溫度（T）的關系可以表示為：

（m/s）.

在片內，TMP275不僅用于顯示溫度，還用于補償產生波測距的距離。

圖3 超聲波測距模塊原理圖

1.3 溫度檢測模塊

該部分通過TMP275采集溫度數據，并通過I2C總線反饋給

單片機顯示，提示燈前人注意環境溫度的變化。該器件的主要特性包括：50 μA功耗、9～12 b可編程分辨率、0.1 μA關機電流模式、整個溫度范圍內出色的穩定性和-40～+125 ℃的廣泛工作溫度范圍。該器件還允許使用8個不同地址，以實現接口總線設計的高靈活性，電路中A0，A1，A2接地用于決定芯片的器件地址。溫度傳感器TMP275可直接輸出數字信號，無須對采樣信號作信號調理和信號的模數轉換，可以直接傳輸給單片機信號處理系統，測溫精度±0.5 ℃。TMP275兩線串行接口（引腳SDL，SDA）與I2C總線接口兼容，可直接與其相連。

2 智能臺燈驅動和顯示模塊設計

F149將外部數據混合處理后得到燈光強度，發送給燈光控制模塊MSP430G2553，由它產生PWM波，通過CAT4104驅動LED。在外界情況無任何改變時，該芯片將進入睡眠模式（如圖4）。

CAT4104提供了4個匹配的低壓差電流吸收器來驅動高亮度，LED串175 mA每通道。LED通道的電流通過連接一個外部電阻RSET管腳，LED引腳兼容，高電壓高達25 V，支持長串LED的驅動。

圖4 環境溫度檢測模塊原理圖

通過F149MCU將采集到的光照、溫度、人體距離和時間等信號綜合處理后，發送給12864液晶顯示屏顯示。讓用戶對環境有一個量化的認識。

3 結束語

本智能燈能夠顯示溫度、人體與燈的距離和時間。在檢測到人體時，通過近距離檢測，自動調節光線強度；未檢到人體時，處于低功耗模式，待機電流只有十幾微安，符合當前對環保低碳的要求。

參考文獻

[1]沈建華，楊艷琴. MSP430系列16位超低功耗單片機原理與實踐[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[2]楊立生，趙航. 80C51F005在微波治療儀中的應用[J].科技信息，2009（29）：94-95.

〔編輯：吳珍〕