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液晶電視亮度感應(yīng)自動控制的設(shè)計

發(fā)布時間:2011-09-27 來源:山西電子技術(shù)

中心議題:

  • 亮度感應(yīng)自動控制的功能
  • 亮度感應(yīng)自動控制存在的問題
  • 亮度感應(yīng)自動控制硬件電路設(shè)計及系統(tǒng)軟件設(shè)計

解決方案:

  • 亮度感應(yīng)自動控制硬件電路設(shè)計
  • 亮度感應(yīng)自動控制的自動校正算法
  • 亮度感應(yīng)自動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、對比度、音量等個性化的設(shè)置。亮度是彩色液晶電視機(jī)質(zhì)量的一個指標(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,自動進(jìn)行亮度調(diào)整。因此,如何使個人在看液晶電視時避免眼睛疲勞,隨時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。在白天陽光強(qiáng)烈或顯示屏有反光現(xiàn)象時,如果此時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候,如果液晶背光板亮度太強(qiáng),使用者會感受到刺眼的感覺,眼睛易疲勞。因此要實現(xiàn)適合人眼觀看的液晶電視亮度,關(guān)鍵是亮度感應(yīng)自動控制。

本文對液晶電視亮度感應(yīng)自動控制存在的問題進(jìn)行了深入探討,并提出了對應(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;由脈寬調(diào)制信號對液晶面板背光進(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)用在測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。PWM是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用,方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的,因為在給定的任何時刻,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。通的時候即是直流供電被加到負(fù)載上的時候,斷的時候即是供電被斷開的時候。

亮度感應(yīng)自動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,由PWM信號對液晶面板背光進(jìn)行調(diào)整,得到自適應(yīng)環(huán)境的最舒服的畫面亮度。在白天陽光強(qiáng)烈時或顯示屏有反光現(xiàn)象時,此時液晶背光板亮度不夠,液晶電視自動調(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候,液晶電視自動調(diào)低亮度,那么降低了液晶背光板的亮度,用戶就不會有刺眼的感覺,眼睛不易疲勞,不容易會引起眼力勞損,出現(xiàn)視力模糊或視力下降等癥狀。

2 亮度感應(yīng)自動控制存在的問題

現(xiàn)有的液晶電視的亮度自動控制方法不理想,當(dāng)周圍環(huán)境亮度突然變亮,液晶電視即自動啟動調(diào)亮亮度;當(dāng)周圍環(huán)境亮度突然變暗,液晶電視即自動啟動調(diào)暗亮度。由于周圍環(huán)境亮度由亮變暗,由暗變亮的變化時間非常短,液晶電視也自動跟著調(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,同時加大眼睛疲勞度。所以為了解決亮度能夠自動控制,又不引起畫面忽亮忽暗,讓用戶隨時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)自動控制存在的問題,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

2.1 亮度感應(yīng)自動控制環(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,會引起亮度的變化;自然太陽光光線照射進(jìn)來,亮度變亮,當(dāng)太陽光光線被烏云遮蔽,亮度變暗;

(2) 運動物體。周圍環(huán)境物體的移動,包括人的移動,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控制。

2.2 液晶電視結(jié)構(gòu)的限制
亮度感應(yīng)自動控制用感應(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,接受光線的效果會比較好,但是會影響到整機(jī)外觀。為了不影響到整個外觀,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)自動控制的主要因素,其中主要因子是偵側(cè)的時間和次數(shù)。如果偵側(cè)的時間和次數(shù)太短,感應(yīng)器接受器不夠穩(wěn)定,造成亮度感應(yīng)自動控制啟動過于頻繁;如果偵側(cè)的時間和次數(shù)過長,感應(yīng)器接受器接收到的也許是過時數(shù)據(jù),不能實時反饋周圍環(huán)境亮度的變化,造成亮度感應(yīng)自動控制啟動反應(yīng)較遲鈍。通常在OSD菜單上,設(shè)計一項亮度感應(yīng)自動控制啟動/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)自動控制,即畫面亮度不會由于環(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,也會影響到軟體的亮度感應(yīng)自動控制。

3 亮度感應(yīng)自動控制的硬件電路設(shè)計

亮度感應(yīng)自動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,該直流電平信號通過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,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,經(jīng)過濾波和整形之后,變?yōu)橐欢ǖ闹绷麟娖剑鳛榱炼瓤刂颇K的亮度控制信號,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)信號和自適應(yīng)的亮度控制信號到亮度控制模塊,從而最終實現(xiàn)對液晶電視的感應(yīng)自動控制。如圖1所示。

4 亮度感應(yīng)自動控制的系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 亮度感應(yīng)自動控制軟件架構(gòu)
亮度感應(yīng)自動控制的軟件架構(gòu)主要包含亮度數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)測技術(shù)、自動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,將亮度信號轉(zhuǎn)換為模擬電信號,再由ADC轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號,此數(shù)字信號再送到液晶電視的CPU進(jìn)行處理。通過亮度數(shù)據(jù)采集到的數(shù)字信號,送到CPU進(jìn)行自動校正算法處理;然后再進(jìn)行模擬遲滯比較算法得到穩(wěn)定的PWM信號;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 自動校正算法
亮度感應(yīng)自動控制的自動校正算法的步驟:首先設(shè)定采集亮度數(shù)據(jù)的時間間隔以及設(shè)定采樣次數(shù);當(dāng)時間間隔定時到時,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)時間間隔201是初始化每次采集光感應(yīng)器亮度的時間。時間定時到202是達(dá)到可以去采集光感應(yīng)器亮度的時間。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)自動控制的自動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感應(yīng)亮度控制的一個閾值電壓不同,設(shè)定了兩個閾值電壓,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)自動控制的模擬遲滯比較算法將PWM的背光控制分成五段,四個模擬遲滯比較算法控制。每個模擬遲滯比較器有兩個閾值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)計成阻止環(huán)境亮度輸入信號出現(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)自動控制的模擬遲滯比較算法的曲線圖所示。

5 結(jié)束語

本設(shè)計實現(xiàn)了亮度感應(yīng)自動控制,分為亮度數(shù)據(jù)采集、自動校正算法、模擬遲滯比較算法、控制背光亮度模塊。通過多次采樣自動校正算法,得到穩(wěn)定的亮度控制信號。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)處理提供了一個理想的解決方案。

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