中心議題：
- 亮度感應(yīng)自動(dòng)控制的功能
- 亮度感應(yīng)自動(dòng)控制存在的問題
- 亮度感應(yīng)自動(dòng)控制硬件電路設(shè)計(jì)及系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
解決方案：
- 亮度感應(yīng)自動(dòng)控制硬件電路設(shè)計(jì)
- 亮度感應(yīng)自動(dòng)控制的自動(dòng)校正算法
- 亮度感應(yīng)自動(dòng)控制的模擬遲滯比較算法
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隨著數(shù)字技術(shù)的突飛猛進(jìn)，以及液晶電視機(jī)功能的越來越齊全，使用戶能夠進(jìn)行頻道、顏色、亮度、對(duì)比度、音量等個(gè)性化的設(shè)置。亮度是彩色液晶電視機(jī)質(zhì)量的一個(gè)指標(biāo)，在現(xiàn)有的液晶電視中，使用者可以通過調(diào)整OSD菜單項(xiàng)進(jìn)行調(diào)亮或者調(diào)暗，但是不能根據(jù)當(dāng)前周圍環(huán)境的亮暗，自動(dòng)進(jìn)行亮度調(diào)整。因此，如何使個(gè)人在看液晶電視時(shí)避免眼睛疲勞，隨時(shí)都能在最舒服的亮度下欣賞節(jié)目，成為影響液晶電視進(jìn)一步提升的重要瓶頸。在白天陽(yáng)光強(qiáng)烈或顯示屏有反光現(xiàn)象時(shí)，如果此時(shí)液晶背光板亮度不夠，就不能清楚地欣賞節(jié)目和操作；在黃昏或光源較暗的時(shí)候，如果液晶背光板亮度太強(qiáng)，使用者會(huì)感受到刺眼的感覺，眼睛易疲勞。因此要實(shí)現(xiàn)適合人眼觀看的液晶電視亮度，關(guān)鍵是亮度感應(yīng)自動(dòng)控制。
本文對(duì)液晶電視亮度感應(yīng)自動(dòng)控制存在的問題進(jìn)行了深入探討，并提出了對(duì)應(yīng)的改進(jìn)和防范措施。通過亮度感應(yīng)器，采集到周圍環(huán)境的亮度；進(jìn)行多次采樣自動(dòng)校正算法，減少外界環(huán)境亮度變化的干擾，得到穩(wěn)定的亮度；通過模擬遲滯比較算法，減少亮度忽亮忽暗的變化，設(shè)定穩(wěn)定的控制液晶面板背光的脈寬調(diào)制信號(hào)；由脈寬調(diào)制信號(hào)對(duì)液晶面板背光進(jìn)行調(diào)整得到自適應(yīng)環(huán)境的最舒服的畫面亮度。
1 亮度感應(yīng)自動(dòng)控制的功能
脈寬調(diào)制(PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。
亮度感應(yīng)自動(dòng)控制是通過亮度感應(yīng)器，采集到周圍環(huán)境的亮度，液晶電視中央處理器自動(dòng)根據(jù)周圍環(huán)境的亮度設(shè)定穩(wěn)定的控制液晶面板背光的PWM信號(hào)，由PWM信號(hào)對(duì)液晶面板背光進(jìn)行調(diào)整，得到自適應(yīng)環(huán)境的最舒服的畫面亮度。在白天陽(yáng)光強(qiáng)烈時(shí)或顯示屏有反光現(xiàn)象時(shí)，此時(shí)液晶背光板亮度不夠，液晶電視自動(dòng)調(diào)高亮度，使得用戶能夠清楚地欣賞節(jié)目和操作；在黃昏或光源較暗的時(shí)候，液晶電視自動(dòng)調(diào)低亮度，那么降低了液晶背光板的亮度，用戶就不會(huì)有刺眼的感覺，眼睛不易疲勞，不容易會(huì)引起眼力勞損，出現(xiàn)視力模糊或視力下降等癥狀。
2 亮度感應(yīng)自動(dòng)控制存在的問題
現(xiàn)有的液晶電視的亮度自動(dòng)控制方法不理想，當(dāng)周圍環(huán)境亮度突然變亮，液晶電視即自動(dòng)啟動(dòng)調(diào)亮亮度；當(dāng)周圍環(huán)境亮度突然變暗，液晶電視即自動(dòng)啟動(dòng)調(diào)暗亮度。由于周圍環(huán)境亮度由亮變暗，由暗變亮的變化時(shí)間非常短，液晶電視也自動(dòng)跟著調(diào)整由暗變亮，由亮變暗，這樣在液晶屏幕上所看到的忽亮忽暗的變化，大大影響用戶欣賞節(jié)目，同時(shí)加大眼睛疲勞度。所以為了解決亮度能夠自動(dòng)控制，又不引起畫面忽亮忽暗，讓用戶隨時(shí)都能在最舒服的亮度下欣賞節(jié)目，成為影響液晶電視進(jìn)一步提升的重要瓶頸。亮度感應(yīng)自動(dòng)控制存在的問題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
2．1 亮度感應(yīng)自動(dòng)控制環(huán)境不穩(wěn)定因素
(1) 光線的變化。液晶電視的亮度感應(yīng)器對(duì)周圍環(huán)境亮度的變化非常敏感，但是周圍環(huán)境亮度受多種因素的影響，環(huán)境燈光的開關(guān)，例如室內(nèi)裝飾燈、日光燈，會(huì)引起亮度的變化；自然太陽(yáng)光光線照射進(jìn)來，亮度變亮，當(dāng)太陽(yáng)光光線被烏云遮蔽，亮度變暗；
(2) 運(yùn)動(dòng)物體。周圍環(huán)境物體的移動(dòng)，包括人的移動(dòng)，產(chǎn)生陰影引起亮度的變化，進(jìn)而影響到液晶電視的亮度自動(dòng)控制。
2．2 液晶電視結(jié)構(gòu)的限制
亮度感應(yīng)自動(dòng)控制用感應(yīng)器的感光效果，還受到感應(yīng)器安裝在液晶電視的位置，安裝感應(yīng)器塑膠殼子上的開孔孔徑，安裝感應(yīng)器的角度等影響。
(1) 感應(yīng)器安裝位置。一般感應(yīng)器接受器安裝在液晶電視的前殼上，如果安裝在殼子的正中央位置，接受光線的效果會(huì)比較好，但是會(huì)影響到整機(jī)外觀。為了不影響到整個(gè)外觀，所以一般感應(yīng)器接受器安裝在前殼的右下腳位置，在LED指示燈邊上。
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(2)感應(yīng)器開孔孔徑。感應(yīng)器接受器安裝在液晶電視的前殼上，開孔的孔徑大小也會(huì)影響到光的接受，如果開孔的孔徑足夠大，提高接受光線的效果，但是會(huì)影響到整機(jī)外觀， 所以一般殼子的開孔的孔徑至少為感應(yīng)器接受器的孔徑大小。
(3)感應(yīng)器有效接收角度。有些液晶電視的前框殼子，由于造型的要求，會(huì)有些斜邊的角度，如果感應(yīng)器接受器安裝在斜邊的位置上，將會(huì)影響感應(yīng)器的光感應(yīng)接收。
2．3 軟體系統(tǒng)存在不完善
軟體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)邏輯架構(gòu)的合理性，軟體偵側(cè)感應(yīng)器的方法是影響到亮度感應(yīng)自動(dòng)控制的主要因素，其中主要因子是偵側(cè)的時(shí)間和次數(shù)。如果偵側(cè)的時(shí)間和次數(shù)太短，感應(yīng)器接受器不夠穩(wěn)定，造成亮度感應(yīng)自動(dòng)控制啟動(dòng)過于頻繁；如果偵側(cè)的時(shí)間和次數(shù)過長(zhǎng)，感應(yīng)器接受器接收到的也許是過時(shí)數(shù)據(jù)，不能實(shí)時(shí)反饋周圍環(huán)境亮度的變化，造成亮度感應(yīng)自動(dòng)控制啟動(dòng)反應(yīng)較遲鈍。通常在OSD菜單上，設(shè)計(jì)一項(xiàng)亮度感應(yīng)自動(dòng)控制啟動(dòng)／關(guān)閉可選開關(guān)。如果開關(guān)選擇關(guān)閉，將禁止亮度感應(yīng)自動(dòng)控制，即畫面亮度不會(huì)由于環(huán)境亮度的變化而改變。另外，液晶電視機(jī)器本身故障、元器件損壞，也會(huì)影響到軟體的亮度感應(yīng)自動(dòng)控制。
3 亮度感應(yīng)自動(dòng)控制的硬件電路設(shè)計(jì)
亮度感應(yīng)自動(dòng)控制的基體方塊由光感應(yīng)器、A／D轉(zhuǎn)換、CPU、圖形處理器、亮度控制模塊、液晶面板等組成。根據(jù)周圍環(huán)境的亮度狀況，光感應(yīng)器輸出一定值的直流電平，該直流電平信號(hào)通過A／D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并送到CPU。一方面由CPU根據(jù)程序的設(shè)定，輸出特定周期和占空比的PWM方波信號(hào)，經(jīng)過濾波和整形之后，變?yōu)橐欢ǖ闹绷麟娖?，作為亮度控制模塊的亮度控制信號(hào)，再由亮度控制模塊改變液晶面板燈管的電流，從而改變液晶面板的亮度大??；另一方面CPU根據(jù)程序的設(shè)定，調(diào)整圖形處理器的亮度寄存器值，從而改變輸出到液晶面板的數(shù)據(jù)亮度的大小。從圖像處理器輸出自適應(yīng)亮度數(shù)據(jù)信號(hào)和自適應(yīng)的亮度控制信號(hào)到亮度控制模塊，從而最終實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶電視的感應(yīng)自動(dòng)控制。如圖1所示。
4 亮度感應(yīng)自動(dòng)控制的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
4．1 亮度感應(yīng)自動(dòng)控制軟件架構(gòu)
亮度感應(yīng)自動(dòng)控制的軟件架構(gòu)主要包含亮度數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)、自動(dòng)校正算法和模擬遲滯比較算法。亮度數(shù)據(jù)采集是通過光感應(yīng)器感應(yīng)周圍環(huán)境的亮度，將亮度信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)，再由ADC轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，此數(shù)字信號(hào)再送到液晶電視的CPU進(jìn)行處理。通過亮度數(shù)據(jù)采集到的數(shù)字信號(hào)，送到CPU進(jìn)行自動(dòng)校正算法處理；然后再進(jìn)行模擬遲滯比較算法得到穩(wěn)定的PWM信號(hào)；由控制背光亮度模塊控制液晶面板的背光。如圖2所示。
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4．2 自動(dòng)校正算法
亮度感應(yīng)自動(dòng)控制的自動(dòng)校正算法的步驟：首先設(shè)定采集亮度數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔以及設(shè)定采樣次數(shù)；當(dāng)時(shí)間間隔定時(shí)到時(shí)，讀取光感應(yīng)器亮度的數(shù)據(jù)；當(dāng)采樣次數(shù)到達(dá)預(yù)設(shè)次數(shù)后，輸出穩(wěn)定的亮度；再由CPU輸出穩(wěn)定的PWM，去控制液晶面板的背光。設(shè)定采集亮度數(shù)據(jù)時(shí)間間隔201是初始化每次采集光感應(yīng)器亮度的時(shí)間。時(shí)間定時(shí)到202是達(dá)到可以去采集光感應(yīng)器亮度的時(shí)間。采集亮度數(shù)據(jù)203是CPU讀取光感應(yīng)器亮度數(shù)據(jù)通過ADC的數(shù)字信號(hào)的數(shù)值。到達(dá)采樣次數(shù)204是到達(dá)采集亮度數(shù)據(jù)都一樣的次數(shù)，表示環(huán)境亮度已經(jīng)穩(wěn)定，不再變化。輸出穩(wěn)定的亮度205是CPU輸出穩(wěn)定的PWM去控制液晶面板的背光。如圖3亮度感應(yīng)自動(dòng)控制的自動(dòng)校正算法的工作流程所示。
4．3 模擬遲滯比較算法
模擬遲滯比較算法與普通的自動(dòng)感應(yīng)亮度控制的一個(gè)閾值電壓不同，設(shè)定了兩個(gè)閾值電壓，分別稱為正向閾值電壓和負(fù)向閾值電壓。在環(huán)境亮度輸入信號(hào)從低電平(暗)上升到高電平(亮)的過程中使PWM電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為正向閾值電壓，在輸入信號(hào)從高電平(亮)下降到低電平(暗)的過程中使PWM電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為負(fù)向閾值電壓。
亮度感應(yīng)自動(dòng)控制的模擬遲滯比較算法將PWM的背光控制分成五段，四個(gè)模擬遲滯比較算法控制。每個(gè)模擬遲滯比較器有兩個(gè)閾值A(chǔ)DC值，分別稱為正向閾值A(chǔ)DC和負(fù)向閾值A(chǔ)DC。在環(huán)境亮度輸入信號(hào)從低電平(暗)上升到高電平(亮)的過程中使PWM電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入ADC稱為正向閾值A(chǔ)DC，在輸入信號(hào)從高電平(亮)下降到低電平(暗)的過程中使PWM電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入ADC稱為負(fù)向閾值A(chǔ)DC。例如ADC2是正向閾值A(chǔ)DC，ADC1是負(fù)向閾值A(chǔ)DC，在環(huán)境亮度輸入信號(hào)從ADCI低電平(暗)上升到ADC2高電平(亮)的過程中，使PWM狀態(tài)由PWN5轉(zhuǎn)變?yōu)镻WM4；在環(huán)境亮度輸入信號(hào)從ADC2高電平(亮)下降到ADC1低電平(暗)的過程中，使PWM狀態(tài)由PWN4轉(zhuǎn)變?yōu)镻WM5。這樣設(shè)計(jì)成阻止環(huán)境亮度輸入信號(hào)出現(xiàn)微小變化(低于某一閾值A(chǔ)DC)而引起輸出PWM的改變，確保穩(wěn)定的液晶面板背光控制。如圖4亮度感應(yīng)自動(dòng)控制的模擬遲滯比較算法的曲線圖所示。
5 結(jié)束語(yǔ)
本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了亮度感應(yīng)自動(dòng)控制，分為亮度數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)校正算法、模擬遲滯比較算法、控制背光亮度模塊。通過多次采樣自動(dòng)校正算法，得到穩(wěn)定的亮度控制信號(hào)。提出軟體模擬遲滯比較算法模型，避免由于環(huán)境亮度出現(xiàn)微小變化而引起畫面亮度忽亮忽暗的變化，為液晶電視的亮度感應(yīng)處理提供了一個(gè)理想的解決方案。
