基于MSP430单片机的智能护眼灯设计

杨立生　殷浩　陈曦

摘 要：智能护眼灯以MSP430F149为核心，通过中央处理器对亮度和人体距离等环境采集，实现护眼灯的照明亮度实时控制和环境数据显示功能。灯珠采用高亮白光LED，恒流驱动，无频闪，不伤害眼睛，保护视力。采用光传感器采集光照强度和人体热释红外传感器检测人与灯的距离，根据光照强度和人体距离控制灯珠亮度。

关键词：护眼灯；MSP430F149；光传感器；红外传感器

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）01-0011-02

现在市场上台灯使用的发光体常为普通荧光管或LED，灯光亮度不能随环境变化自动调节，存在光线过弱或过强的弊端，长时间使用会导致人眼疲劳，影响视力。即使是护眼台灯，其亮度调节只有手动方式，并且档位有限，给使用者带来很大的不便。另外，一般台灯发光部分为单一灯管或数颗LED集中发光，投光后，比如手和笔，不可避免地对光线有所遮挡，从而形成暗影区，影响办公写字。针对以上情况，设计了一款集护眼、无影和高效为一体的护眼台灯，以填补市场空缺。

基于MSP430单片机的智能护眼灯系统结构图如图1所示，包含单片机MSP430F149、人体感应模块、温度检测模块、超声波感应模块、光线检测模块、灯光控制模块和显示模块。其中，人体感应模块采用红外检测传感器检测是否有人在灯的附近：如果附近有人，灯光变亮；如果附近没有人，灯光则变暗或灭掉。光线检测模块采用光敏传感器采集光线的亮暗，然后控制灯光的亮暗。超声波感应模块检测台灯与人体的距离，根据距离的远近自动调节光线的亮暗。温度检测模块采用温度传感器检测当前的温度，提示灯前的人注意保暖。显示模块采用液晶模式显示当前检测的温度、距离等信息，便于灯前工作的人了解当前的情况。

图1 智能护眼灯系统硬件结构图

1 智能台灯检测模块设计

1.1 人体感应模块

人体感应模块采用人体热释红外传感器检测是否有人在灯的附近，经过信号放大模块biss001，放大后传送到单片机进行处理：如果检测到有人在台灯附近，并且单片机采集到外界亮

度较低，人与单片机距离较小且稳定时，台灯会自动点亮；如果检测到没有人，台灯会自动关闭。其原理图如图2所示，其中KP500b为红外传感器，biss001为模拟信号放大元件。

图2 人体感应模块原理图

1.2 超声波测距模块

该模块与人体感应模块共同作用，在判断灯前人与灯的距离的同时，自动调结灯光的亮度，提醒灯前人保持好视距，注意用眼睛健康。基本原理（如图3）：经发射器发射出长约6 mm，频率为40 kHz的超声波信号。此信号被物体反射回来，由接收头接收。接收头实质上是一种压电效应的换能器。它接收到信号后产生毫伏级的微弱电压信号，由单片机U1产生40 kHz的方波，直接驱动CD4049芯片，后面的CD4049则对40 kHz频率信号进行调理，使超声波传感器产生谐振。超声波在固体中传播速度最快，在气体中传播速度最慢，而且声速c与温度有关。如果环境温度变化显著，必须考虑温度补偿问题。空气中声速（c）与温度（T）的关系可以表示为：

（m/s）.

在片内，TMP275不仅用于显示温度，还用于补偿产生波测距的距离。

图3 超声波测距模块原理图

1.3 温度检测模块

该部分通过TMP275采集温度数据，并通过I2C总线反馈给

单片机显示，提示灯前人注意环境温度的变化。该器件的主要特性包括：50 μA功耗、9～12 b可编程分辨率、0.1 μA关机电流模式、整个温度范围内出色的稳定性和-40～+125 ℃的广泛工作温度范围。该器件还允许使用8个不同地址，以实现接口总线设计的高灵活性，电路中A0，A1，A2接地用于决定芯片的器件地址。温度传感器TMP275可直接输出数字信号，无须对采样信号作信号调理和信号的模数转换，可以直接传输给单片机信号处理系统，测温精度±0.5 ℃。TMP275两线串行接口（引脚SDL，SDA）与I2C总线接口兼容，可直接与其相连。

2 智能台灯驱动和显示模块设计

F149将外部数据混合处理后得到灯光强度，发送给灯光控制模块MSP430G2553，由它产生PWM波，通过CAT4104驱动LED。在外界情况无任何改变时，该芯片将进入睡眠模式（如图4）。

CAT4104提供了4个匹配的低压差电流吸收器来驱动高亮度，LED串175 mA每通道。LED通道的电流通过连接一个外部电阻RSET管脚，LED引脚兼容，高电压高达25 V，支持长串LED的驱动。

图4 环境温度检测模块原理图

通过F149MCU将采集到的光照、温度、人体距离和时间等信号综合处理后，发送给12864液晶显示屏显示。让用户对环境有一个量化的认识。

3 结束语

本智能灯能够显示温度、人体与灯的距离和时间。在检测到人体时，通过近距离检测，自动调节光线强度；未检到人体时，处于低功耗模式，待机电流只有十几微安，符合当前对环保低碳的要求。

参考文献

[1]沈建华，杨艳琴. MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[2]杨立生，赵航. 80C51F005在微波治疗仪中的应用[J].科技信息，2009（29）：94-95.

〔编辑：吴珍〕

摘 要：智能护眼灯以MSP430F149为核心，通过中央处理器对亮度和人体距离等环境采集，实现护眼灯的照明亮度实时控制和环境数据显示功能。灯珠采用高亮白光LED，恒流驱动，无频闪，不伤害眼睛，保护视力。采用光传感器采集光照强度和人体热释红外传感器检测人与灯的距离，根据光照强度和人体距离控制灯珠亮度。

关键词：护眼灯；MSP430F149；光传感器；红外传感器

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）01-0011-02

现在市场上台灯使用的发光体常为普通荧光管或LED，灯光亮度不能随环境变化自动调节，存在光线过弱或过强的弊端，长时间使用会导致人眼疲劳，影响视力。即使是护眼台灯，其亮度调节只有手动方式，并且档位有限，给使用者带来很大的不便。另外，一般台灯发光部分为单一灯管或数颗LED集中发光，投光后，比如手和笔，不可避免地对光线有所遮挡，从而形成暗影区，影响办公写字。针对以上情况，设计了一款集护眼、无影和高效为一体的护眼台灯，以填补市场空缺。

基于MSP430单片机的智能护眼灯系统结构图如图1所示，包含单片机MSP430F149、人体感应模块、温度检测模块、超声波感应模块、光线检测模块、灯光控制模块和显示模块。其中，人体感应模块采用红外检测传感器检测是否有人在灯的附近：如果附近有人，灯光变亮；如果附近没有人，灯光则变暗或灭掉。光线检测模块采用光敏传感器采集光线的亮暗，然后控制灯光的亮暗。超声波感应模块检测台灯与人体的距离，根据距离的远近自动调节光线的亮暗。温度检测模块采用温度传感器检测当前的温度，提示灯前的人注意保暖。显示模块采用液晶模式显示当前检测的温度、距离等信息，便于灯前工作的人了解当前的情况。

图1 智能护眼灯系统硬件结构图

1 智能台灯检测模块设计

1.1 人体感应模块

人体感应模块采用人体热释红外传感器检测是否有人在灯的附近，经过信号放大模块biss001，放大后传送到单片机进行处理：如果检测到有人在台灯附近，并且单片机采集到外界亮

度较低，人与单片机距离较小且稳定时，台灯会自动点亮；如果检测到没有人，台灯会自动关闭。其原理图如图2所示，其中KP500b为红外传感器，biss001为模拟信号放大元件。

图2 人体感应模块原理图

1.2 超声波测距模块

该模块与人体感应模块共同作用，在判断灯前人与灯的距离的同时，自动调结灯光的亮度，提醒灯前人保持好视距，注意用眼睛健康。基本原理（如图3）：经发射器发射出长约6 mm，频率为40 kHz的超声波信号。此信号被物体反射回来，由接收头接收。接收头实质上是一种压电效应的换能器。它接收到信号后产生毫伏级的微弱电压信号，由单片机U1产生40 kHz的方波，直接驱动CD4049芯片，后面的CD4049则对40 kHz频率信号进行调理，使超声波传感器产生谐振。超声波在固体中传播速度最快，在气体中传播速度最慢，而且声速c与温度有关。如果环境温度变化显著，必须考虑温度补偿问题。空气中声速（c）与温度（T）的关系可以表示为：

（m/s）.

在片内，TMP275不仅用于显示温度，还用于补偿产生波测距的距离。

图3 超声波测距模块原理图

1.3 温度检测模块

该部分通过TMP275采集温度数据，并通过I2C总线反馈给

单片机显示，提示灯前人注意环境温度的变化。该器件的主要特性包括：50 μA功耗、9～12 b可编程分辨率、0.1 μA关机电流模式、整个温度范围内出色的稳定性和-40～+125 ℃的广泛工作温度范围。该器件还允许使用8个不同地址，以实现接口总线设计的高灵活性，电路中A0，A1，A2接地用于决定芯片的器件地址。温度传感器TMP275可直接输出数字信号，无须对采样信号作信号调理和信号的模数转换，可以直接传输给单片机信号处理系统，测温精度±0.5 ℃。TMP275两线串行接口（引脚SDL，SDA）与I2C总线接口兼容，可直接与其相连。

2 智能台灯驱动和显示模块设计

F149将外部数据混合处理后得到灯光强度，发送给灯光控制模块MSP430G2553，由它产生PWM波，通过CAT4104驱动LED。在外界情况无任何改变时，该芯片将进入睡眠模式（如图4）。

CAT4104提供了4个匹配的低压差电流吸收器来驱动高亮度，LED串175 mA每通道。LED通道的电流通过连接一个外部电阻RSET管脚，LED引脚兼容，高电压高达25 V，支持长串LED的驱动。

图4 环境温度检测模块原理图

通过F149MCU将采集到的光照、温度、人体距离和时间等信号综合处理后，发送给12864液晶显示屏显示。让用户对环境有一个量化的认识。

3 结束语

本智能灯能够显示温度、人体与灯的距离和时间。在检测到人体时，通过近距离检测，自动调节光线强度；未检到人体时，处于低功耗模式，待机电流只有十几微安，符合当前对环保低碳的要求。

参考文献

[1]沈建华，杨艳琴. MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[2]杨立生，赵航. 80C51F005在微波治疗仪中的应用[J].科技信息，2009（29）：94-95.

〔编辑：吴珍〕

摘 要：智能护眼灯以MSP430F149为核心，通过中央处理器对亮度和人体距离等环境采集，实现护眼灯的照明亮度实时控制和环境数据显示功能。灯珠采用高亮白光LED，恒流驱动，无频闪，不伤害眼睛，保护视力。采用光传感器采集光照强度和人体热释红外传感器检测人与灯的距离，根据光照强度和人体距离控制灯珠亮度。

关键词：护眼灯；MSP430F149；光传感器；红外传感器

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）01-0011-02

现在市场上台灯使用的发光体常为普通荧光管或LED，灯光亮度不能随环境变化自动调节，存在光线过弱或过强的弊端，长时间使用会导致人眼疲劳，影响视力。即使是护眼台灯，其亮度调节只有手动方式，并且档位有限，给使用者带来很大的不便。另外，一般台灯发光部分为单一灯管或数颗LED集中发光，投光后，比如手和笔，不可避免地对光线有所遮挡，从而形成暗影区，影响办公写字。针对以上情况，设计了一款集护眼、无影和高效为一体的护眼台灯，以填补市场空缺。

基于MSP430单片机的智能护眼灯系统结构图如图1所示，包含单片机MSP430F149、人体感应模块、温度检测模块、超声波感应模块、光线检测模块、灯光控制模块和显示模块。其中，人体感应模块采用红外检测传感器检测是否有人在灯的附近：如果附近有人，灯光变亮；如果附近没有人，灯光则变暗或灭掉。光线检测模块采用光敏传感器采集光线的亮暗，然后控制灯光的亮暗。超声波感应模块检测台灯与人体的距离，根据距离的远近自动调节光线的亮暗。温度检测模块采用温度传感器检测当前的温度，提示灯前的人注意保暖。显示模块采用液晶模式显示当前检测的温度、距离等信息，便于灯前工作的人了解当前的情况。

图1 智能护眼灯系统硬件结构图

1 智能台灯检测模块设计

1.1 人体感应模块

人体感应模块采用人体热释红外传感器检测是否有人在灯的附近，经过信号放大模块biss001，放大后传送到单片机进行处理：如果检测到有人在台灯附近，并且单片机采集到外界亮

度较低，人与单片机距离较小且稳定时，台灯会自动点亮；如果检测到没有人，台灯会自动关闭。其原理图如图2所示，其中KP500b为红外传感器，biss001为模拟信号放大元件。

图2 人体感应模块原理图

1.2 超声波测距模块

该模块与人体感应模块共同作用，在判断灯前人与灯的距离的同时，自动调结灯光的亮度，提醒灯前人保持好视距，注意用眼睛健康。基本原理（如图3）：经发射器发射出长约6 mm，频率为40 kHz的超声波信号。此信号被物体反射回来，由接收头接收。接收头实质上是一种压电效应的换能器。它接收到信号后产生毫伏级的微弱电压信号，由单片机U1产生40 kHz的方波，直接驱动CD4049芯片，后面的CD4049则对40 kHz频率信号进行调理，使超声波传感器产生谐振。超声波在固体中传播速度最快，在气体中传播速度最慢，而且声速c与温度有关。如果环境温度变化显著，必须考虑温度补偿问题。空气中声速（c）与温度（T）的关系可以表示为：

（m/s）.

在片内，TMP275不仅用于显示温度，还用于补偿产生波测距的距离。

图3 超声波测距模块原理图

1.3 温度检测模块

该部分通过TMP275采集温度数据，并通过I2C总线反馈给

单片机显示，提示灯前人注意环境温度的变化。该器件的主要特性包括：50 μA功耗、9～12 b可编程分辨率、0.1 μA关机电流模式、整个温度范围内出色的稳定性和-40～+125 ℃的广泛工作温度范围。该器件还允许使用8个不同地址，以实现接口总线设计的高灵活性，电路中A0，A1，A2接地用于决定芯片的器件地址。温度传感器TMP275可直接输出数字信号，无须对采样信号作信号调理和信号的模数转换，可以直接传输给单片机信号处理系统，测温精度±0.5 ℃。TMP275两线串行接口（引脚SDL，SDA）与I2C总线接口兼容，可直接与其相连。

2 智能台灯驱动和显示模块设计

F149将外部数据混合处理后得到灯光强度，发送给灯光控制模块MSP430G2553，由它产生PWM波，通过CAT4104驱动LED。在外界情况无任何改变时，该芯片将进入睡眠模式（如图4）。

CAT4104提供了4个匹配的低压差电流吸收器来驱动高亮度，LED串175 mA每通道。LED通道的电流通过连接一个外部电阻RSET管脚，LED引脚兼容，高电压高达25 V，支持长串LED的驱动。

图4 环境温度检测模块原理图

通过F149MCU将采集到的光照、温度、人体距离和时间等信号综合处理后，发送给12864液晶显示屏显示。让用户对环境有一个量化的认识。

3 结束语

本智能灯能够显示温度、人体与灯的距离和时间。在检测到人体时，通过近距离检测，自动调节光线强度；未检到人体时，处于低功耗模式，待机电流只有十几微安，符合当前对环保低碳的要求。

参考文献

[1]沈建华，杨艳琴. MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[2]杨立生，赵航. 80C51F005在微波治疗仪中的应用[J].科技信息，2009（29）：94-95.

〔编辑：吴珍〕