座艙中自動(dòng)調(diào)節(jié)背光亮度的顯示器設(shè)計(jì)

為使座艙內(nèi)的用戶隨時(shí)得到準(zhǔn)確、可靠的信息，座艙內(nèi)使用的顯示器必須具有高可靠性，同時(shí)，因?yàn)轱w機(jī)駕駛員左右手都要操作儀器，且為提高座艙顯示器的易讀性和緩解視覺疲勞，顯示器的光強(qiáng)還應(yīng)能根據(jù)周圍環(huán)境和用戶需求進(jìn)行自動(dòng)和手動(dòng)調(diào)整，避免用戶在環(huán)境光很強(qiáng)時(shí)看不清顯示內(nèi)容，或在環(huán)境光很暗時(shí)感到刺眼。液晶顯示器的背光亮度直接決定顯示器的平均亮度，通過調(diào)節(jié)液晶顯示器的背光亮度來調(diào)節(jié)顯示器的亮度。

采用國產(chǎn)的STC12C5624AD單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)液晶屏背光模塊驅(qū)動(dòng)和調(diào)節(jié)電路，能夠準(zhǔn)確測量環(huán)境光的照度，根據(jù)環(huán)境光實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)調(diào)節(jié)背光亮度。

1 顯示器背光調(diào)節(jié)的原理

因?yàn)轱w機(jī)座艙的特殊性，對座艙顯示的可靠性、準(zhǔn)確性和智能性有更高的要求，需要根據(jù)環(huán)境光的變化自動(dòng)調(diào)整自身的背光亮度，使人眼看的比較舒服，也可以手動(dòng)調(diào)節(jié)屏幕亮度以達(dá)到用戶的要求。通過研究可得到環(huán)境光xt和背光屏的亮度yt之間的關(guān)系式。

在環(huán)境光照度為xt時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)的亮度為：yt=kxt+b （1）

其中b是當(dāng)環(huán)境光為0時(shí)，駕駛員為看清屏幕上的顯示信息需要的最小亮度；k是一個(gè)比例常數(shù)，可以根據(jù)用戶的習(xí)慣進(jìn)行修改，反應(yīng)的是在亮環(huán)境中人類看清屏幕上的信息所需要的亮度和環(huán)境光的比值。

當(dāng)用戶對自動(dòng)調(diào)節(jié)的亮度不滿意時(shí)，人工調(diào)節(jié)亮度到y(tǒng)t'調(diào)用下式計(jì)算：

得出的b'和k'經(jīng)過檢查后替代（1）式中的b和k得到新的計(jì)算公式，為了防止駕駛員過度調(diào)節(jié)，設(shè)定了bmin和bmax,只有b'在這兩者之間時(shí)才用b'替代b,同時(shí)出廠時(shí)系統(tǒng)設(shè)定了初始值bs,用戶可以通過按鈕讓b恢復(fù)到bs,同樣對于k也設(shè)定了kmin、kmax和ks.

2 電路

液晶屏背光模塊的電路原理圖如圖1所示，主要包括兩片PN23CV型硅光電池、單片機(jī)、按鍵電路、以DD313為核心的LED背光驅(qū)動(dòng)電路及輔助電路等。PN23CV型硅光電池感知環(huán)境光的照度和液晶屏背光的亮度，經(jīng)放大處理后將信號傳送給單片機(jī)，單片機(jī)計(jì)算液晶屏背光的理論亮度，與液晶屏背光的實(shí)際亮度進(jìn)行比較，判斷是否需要調(diào)整液晶屏背光的亮度。如果需要，則給以DD313為核心的背光驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送信號，其中DD313的13、11、6引腳分別接紅、綠、藍(lán)LED,控制LED的亮度，進(jìn)而調(diào)節(jié)液晶屏背光模塊的實(shí)際亮度。當(dāng)用戶對自動(dòng)調(diào)節(jié)的結(jié)果不滿意時(shí)，可通過按鍵電路給單片機(jī)發(fā)送信號，單片機(jī)判斷是否需要調(diào)整液晶屏背光的亮度。在液晶屏背光亮度調(diào)節(jié)后，延遲一段時(shí)間，修改b和k值。電路程序流程圖如圖2和圖3所示。

圖1 液晶屏背光模塊的電路原理圖

圖2 主程序流程圖

圖3 中斷控制程序流程圖

當(dāng)用戶手動(dòng)調(diào)節(jié)顯示亮度時(shí)，按鍵SW1和SW2分別接單片機(jī)STC12C5624AD的中斷0和中斷1口。按下按鍵輸出電壓為VCC,釋放按鍵，輸出電壓為0,按下SW1表示用戶要求增加顯示亮度，按下SW2表示用戶要求降低顯示亮度，SW1、SW2都被按下表示回到原出廠b和k的設(shè)置值和bs和ks,SW1、SW2分別接在單片機(jī)的8、9兩引腳上。

3 軟件編程

電路功能依靠軟件編程來實(shí)現(xiàn)，利用STC單片機(jī)定時(shí)器和中斷器來掃描是否有按鍵按下，再做相應(yīng)處理。

1）定時(shí)器程序模塊

定時(shí)一段時(shí)間作為額外的延時(shí)時(shí)間，該時(shí)間固定，便于控制，程序如下：

2）中斷器程序模塊

檢測外部是否有按鍵按下，并調(diào)用掃描程序scan（），程序如下：

3）按鍵掃描程序模塊

掃描是哪個(gè)按鍵按下，并調(diào)用相應(yīng)的參數(shù)修改函數(shù)，程序如下：

4）參數(shù)修改程序模塊

完成對b,k值的增加或減小，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)高度，程序如下：

5）復(fù)位程序模塊

恢復(fù)b,k值為出廠設(shè)置值，實(shí)現(xiàn)高度最佳，程序如下：

6）定時(shí)器看門狗

防止程序跑飛其設(shè)計(jì)思路如下：

4 結(jié)論

文中使用性能優(yōu)越、技術(shù)成熟的51單片機(jī)，通過單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)以及其定時(shí)器和中斷的編程實(shí)現(xiàn)對座艙顯示器背光的手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)節(jié)，以達(dá)到令用戶滿意的舒適的屏幕亮度，使座艙顯示器背光調(diào)節(jié)精準(zhǔn)、可靠的同時(shí)更加智能化和人性化。