LED顯示屏亮度自動(dòng)控制技術(shù)與應(yīng)用

【摘 要】在當(dāng)今信息社會(huì)中，LED電子顯示屏已廣泛應(yīng)用在各種媒體中。LED亮度隨著環(huán)境光變化而變化的調(diào)整控制技術(shù)逐漸得到客戶的關(guān)注，文章通過(guò)實(shí)際的工程設(shè)計(jì)案例，分析軟件、硬件、自動(dòng)控制三個(gè)方法完成LED亮度變化的方案情況，對(duì)自動(dòng)控制方案實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的描述，該方法已應(yīng)用在工程中，相信對(duì)相關(guān)工程技術(shù)人員有一定的啟發(fā)與幫助。

【關(guān)鍵詞】LED 顯示屏 亮度 光電池

【中圖分類號(hào)】TN873 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-4810（2012）23-0195-02

一 引言

發(fā)光二極管（LED）是20世紀(jì)60年代末發(fā)展起來(lái)的一種半導(dǎo)體顯示器件，20世紀(jì)70年代，隨著半導(dǎo)體材料合成技術(shù)、單晶制造技術(shù)和P-N結(jié)形成技術(shù)的研究進(jìn)展，發(fā)光二極管在發(fā)光顏色、亮度、性能等方面得以提高并迅速進(jìn)入批量化和實(shí)用化。

LED顯示屏是20世紀(jì)80年代后期在全球迅速發(fā)展起來(lái)的新型信息顯示媒體，它利用發(fā)光二極管構(gòu)成點(diǎn)陣模塊或像素單元組成的平板顯示屏幕，以可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、性能價(jià)格比高、使用成本低等特點(diǎn)，在短短的十幾年中，迅速成長(zhǎng)為平板顯示的主流產(chǎn)品，在信息顯示領(lǐng)域更是得到了廣泛的應(yīng)用。

二 LED亮度控制

1.亮度自動(dòng)控制的需求

LED顯示屏歷經(jīng)文字、圖形、16級(jí)灰度、64級(jí)灰度、256級(jí)灰度顯示等發(fā)展過(guò)程。早期的顯示屏控制技術(shù)比較單一，只是提供顯示圖文的基本功能，用戶在使用中主要以人工方式開(kāi)關(guān)計(jì)算機(jī)和顯示屏開(kāi)關(guān)。隨著LED應(yīng)用技術(shù)的不斷深入開(kāi)發(fā)，為方便用戶使用，適應(yīng)實(shí)際使用環(huán)境變化的需要，新的要求不斷被提出。比如，遠(yuǎn)距離定時(shí)或自動(dòng)開(kāi)關(guān)屏、自動(dòng)或手動(dòng)亮度調(diào)節(jié)、自動(dòng)或手動(dòng)灰度調(diào)節(jié)等。尤其是室外LED顯示屏，白天和夜晚的環(huán)境照度變化很大，如果顯示屏僅設(shè)置一種亮度，那么如設(shè)置為白天看上去視覺(jué)效果較好，則晚上看上去就會(huì)感到眩目，文字顯示模糊不清；如設(shè)置為晚上看上去視覺(jué)效果較好，則因白天環(huán)境較亮，顯示的圖像就變得較暗，而看不清楚圖像。

2.LED顯示屏亮度調(diào)節(jié)方法

第一，軟件調(diào)節(jié)。早期的LED顯示屏亮度控制主要是采用軟件調(diào)節(jié)的方法。

LED顯示屏亮度，可通過(guò)控制數(shù)據(jù)輸出使能脈寬進(jìn)行調(diào)節(jié)。顯示屏控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，預(yù)先設(shè)置幾種使能脈寬，通過(guò)軟件加載不同的使能脈寬信號(hào)，達(dá)到改變顯示屏亮度的目的。

第二，硬件調(diào)節(jié)。硬件調(diào)節(jié)主要是通過(guò)開(kāi)關(guān)量的控制加載不同的使能脈寬信號(hào)，達(dá)到改變顯示屏亮度的目的。

第三，自動(dòng)調(diào)節(jié)。早期的亮度調(diào)節(jié)方式，不論是軟件的還是硬件的，都是通過(guò)人工進(jìn)行控制的，不方便，不能及時(shí)適應(yīng)顯示屏使用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的照度變化，且亮度調(diào)節(jié)的范圍也有限，因此，能根據(jù)顯示屏使用環(huán)境照度的變化自動(dòng)進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)的要求被提出。本文介紹的顯示屏亮度控制系統(tǒng)具備這樣的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制能力。

三 亮度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

1.系統(tǒng)構(gòu)成框圖

圖1 亮度檢測(cè)原理框圖

2.設(shè)計(jì)說(shuō)明

單片機(jī)采用ATML89C2051，晶振11.0592M；P3.7腳帶40A固態(tài)繼電器，驅(qū)動(dòng)器用7407（20mA）；A/D轉(zhuǎn)換器采用

ADC0809，為8通道8位逐次逼進(jìn)型AD轉(zhuǎn)換器，P3.4腳提供ADC0809的啟動(dòng)和地址鎖存信號(hào)，P3.5腳提供ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)，P3.2腳用于檢測(cè)ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，ADC0809的D0-D7接89C2051的P1口，A0、A1、A2接地（0通道），+Vref接VCC，-Vref接地；光電轉(zhuǎn)換采用硒光電池（0～500mV）；信號(hào)放大采用LM324，單+5V供電；看門狗采用MAX813L，由P3.3腳提供觸發(fā)信號(hào)。

3.光敏器件選型

光敏元件有光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光電池等。光敏二極管和光敏三極管又分硅管（2CU、2DU、3CU、3DU）和鍺管（2AU、3AU）；光電池又有硅光電池、硒光電池、砷化鎵光電池。

光敏電阻、光敏二極管的光生電流在照度為200lx（勒克斯）左右即達(dá)到飽和，一般用作光控開(kāi)關(guān)，不宜作光敏探測(cè)元件。

光敏三極管、光電池均可用作光敏探測(cè)元件。本文選用的是光電池。

4.光電池

光電池是利用光生伏特效應(yīng)把光能直接轉(zhuǎn)變成電能的器件。通常用于把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成電能，所以又稱太陽(yáng)能電池。

硅光電池：應(yīng)用廣泛，價(jià)格低，光電轉(zhuǎn)換效率高，適于接收紅外光（0.4μm～1.2μm），峰值波長(zhǎng)0.8μm。

硒光電池：工藝成熟，光電轉(zhuǎn)換效率低，適于可見(jiàn)光（0.3μm～0.7μm），峰值波長(zhǎng)0.56μm。

砷化鎵光電池：轉(zhuǎn)換效率高，光譜響應(yīng)特性與太陽(yáng)光譜吻合，耐輻射，在宇宙電源方面應(yīng)用廣泛。

硅光電池、硒光電池均適合作為自然光的光敏檢測(cè)元件，尤以硒光電池更好。本文介紹的應(yīng)用對(duì)光照度的分辨率要求不高，因此，選用的是價(jià)格較低的硅光電池。

5.硅光電池的照度特性

圖2 硅光電池照度特性曲線

從圖2可以看出，短路電流在很大范圍內(nèi)與光強(qiáng)呈線性關(guān)系，而開(kāi)路電壓隨光強(qiáng)的變化是非線性的，且當(dāng)照度在2000lx時(shí)就趨于飽和了。因此，把光電池作為測(cè)量元件時(shí)，應(yīng)把它作為電流源的形式使用，不宜作電壓源。

6.光電轉(zhuǎn)換信號(hào)放大電路

光電探測(cè)電路接成電流源工作方式，光生電流經(jīng)運(yùn)算放大器作電流電壓轉(zhuǎn)換而變?yōu)殡妷盒盘?hào)，經(jīng)8位A/D轉(zhuǎn)換后送AT89C2051單片機(jī)P1口。單片機(jī)與顯示屏控制計(jì)算機(jī)之間通過(guò)串口進(jìn)行通訊。圖3中MAX813L為“看門狗”，7407之后部分用于遠(yuǎn)距離開(kāi)關(guān)屏。

圖3 光電轉(zhuǎn)換信號(hào)放大電路原理圖

7.自動(dòng)檢測(cè)電路工作方式

主動(dòng)方式：?jiǎn)纹瑱C(jī)定時(shí)（時(shí)間長(zhǎng)短可由控制計(jì)算機(jī)任意設(shè)定）啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，將環(huán)境照度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送單片機(jī)P1口，單片機(jī)采樣后通過(guò)串口控制計(jì)算機(jī)，控制計(jì)算機(jī)再根據(jù)這一數(shù)值控制顯示屏亮度。

被動(dòng)方式：?jiǎn)纹瑱C(jī)處于接收控制計(jì)算機(jī)命令狀態(tài)，A/D轉(zhuǎn)換器處于休眠狀態(tài)。控制計(jì)算機(jī)定時(shí)（時(shí)間長(zhǎng)短可任意設(shè)定）發(fā)送讀取環(huán)境照度狀態(tài)命令給單片機(jī)，單片機(jī)接到命令后，即啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的結(jié)果送給控制計(jì)算機(jī)，控制計(jì)算機(jī)根據(jù)這一數(shù)值控制顯示屏亮度。

8.亮度控制范圍

理論上8位A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率可達(dá)256級(jí)，但由于實(shí)際使用中使用單5V供電，由于器件本身的壓降，實(shí)際的分辨率只能做到180級(jí)左右。不過(guò)，這對(duì)于LED顯示屏的亮度控制已足夠了。

9.調(diào)試說(shuō)明

圖3中，電阻R4、R5共同決定運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)，R4用于環(huán)境照度基準(zhǔn)的調(diào)整，R4的大?。◣装贇W姆～幾千歐姆）決定了整個(gè)光敏探測(cè)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境照度檢測(cè)的線性敏感區(qū)間的大小?？烧{(diào)電位器R2用于環(huán)境照度基準(zhǔn)的微調(diào)。

四 結(jié)論

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了LED顯示屏使用環(huán)境照度的自動(dòng)探測(cè)，顯示屏控制計(jì)算機(jī)根據(jù)探測(cè)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，自動(dòng)控制LED顯示屏的亮度，使顯示屏的亮度自動(dòng)隨環(huán)境照度的變化而改變，以適應(yīng)顯示屏白天和夜晚觀看的需要。同時(shí)，還提供了遠(yuǎn)距離開(kāi)關(guān)顯示屏的控制功能。

本系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的檢測(cè)控制效果在城市交通誘導(dǎo)顯示屏上的實(shí)際工程應(yīng)用中，得到了進(jìn)一步的驗(yàn)證。

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〔責(zé)任編輯：李繼孔〕