一種用于座艙顯示器的直下式RGB LED背光驅(qū)動(dòng)技術(shù)-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯一種用于座艙顯示器的直下式RGBLED背光驅(qū)動(dòng)技術(shù)-設(shè)計(jì)應(yīng)用摘要：使用直下式RGBLED作為座艙用液晶顯示器背光源，并采用背光模塊分區(qū)技術(shù)；通過(guò)對(duì)背光源驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，使用CAN總線(xiàn)通訊，實(shí)現(xiàn)了顯示器背光模塊的光強(qiáng)根據(jù)周?chē)h(huán)境光的三原色光強(qiáng)或用戶(hù)喜好自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)。該設(shè)計(jì)能更好地滿(mǎn)足座艙內(nèi)用戶(hù)的需求。

引言

為使座艙內(nèi)的用戶(hù)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)，為提高其易讀性和緩解視覺(jué)疲勞，顯示器的光強(qiáng)還應(yīng)能根據(jù)周?chē)h(huán)境和用戶(hù)需求進(jìn)行調(diào)整，避免用戶(hù)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。目前，液晶（LCD）顯示器已廣泛用于商業(yè)、工業(yè)及軍事等領(lǐng)域。而LED背光源是國(guó)家863重點(diǎn)攻關(guān)課題，其在穩(wěn)定性、可視性、環(huán)保、發(fā)光效率、色彩飽和度、體積、動(dòng)態(tài)控制等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，正在迅速普及。

本文設(shè)計(jì)了一種將LED背光源運(yùn)用到座艙顯示器的驅(qū)動(dòng)電路，其中采用了國(guó)際上較為的直下式RGBLED背光驅(qū)動(dòng)技術(shù)，并將背光模塊分區(qū)，利用CAN總線(xiàn)技術(shù)保證有效通訊；電路的設(shè)計(jì)使顯示器背光模塊的光強(qiáng)能夠根據(jù)環(huán)境光的三原色光強(qiáng)或用戶(hù)喜好自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)。該設(shè)計(jì)能夠更好地滿(mǎn)足座艙內(nèi)用戶(hù)的觀(guān)看需求。

1背光模塊

1.1RGBLED背光模塊

傳統(tǒng)的LCD背光源采用的是冷陰極熒光燈（CCFL），色彩還原性差，僅能提供NTSC（NationalTelevisionSystemCommittee）標(biāo)準(zhǔn)中色域的72%；而LED背光源色彩還原性好，可以達(dá)到NTSC標(biāo)準(zhǔn)中色域的105%，甚至超過(guò)120%，并且壽命長(zhǎng)、不含汞。

LED背光模組按入射位置一般分為側(cè)光式和直下式；按LED種類(lèi)可分為RGBLED與白光LED。與側(cè)光式背光源相比，直下式背光源由于LED分布在面板的后方，亮度分布更均勻。RGBLED背光采用了RGB三原色的LED作為獨(dú)立發(fā)光元件，與白光LED相比，具有更好的亮度、對(duì)比度和色彩還原性。

采用RGBLED作為背光模組，顯示器的色域范圍能達(dá)到NTSC色域的150%左右，同時(shí)，RGBLED背光源支持背光區(qū)域調(diào)整技術(shù)，動(dòng)態(tài)對(duì)比度可達(dá)到千萬(wàn)：1級(jí)［5］。通過(guò)分析，直下式RGBLED更適合作為座艙環(huán)境下的LCD顯示器背光源。圖1為采用直下式LED背光源的LCD顯示器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1采用直下式LED背光源的液晶顯示器頂視圖

由于LED光源為點(diǎn)光源，我們需要對(duì)其進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)，形成亮度均勻的面光源。另外我們對(duì)背光模塊屏幕進(jìn)行了分塊，每塊區(qū)域采用三片LED驅(qū)動(dòng)集成電路分別對(duì)三原色LED的發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)行控制。

1.2自動(dòng)調(diào)節(jié)光強(qiáng)度

由于人眼習(xí)慣于看受環(huán)境光影響的自然界中的物體，本文設(shè)計(jì)的背光模塊的亮度模擬在自然界中物體的亮度特性，其中的R、G、B三色LED亮度達(dá)到值時(shí)，顯示屏的白平衡達(dá)到。

電路檢測(cè)環(huán)境光的光強(qiáng)，使環(huán)境光經(jīng)三原色傳感器分解成紅、綠、藍(lán)信號(hào)，其大小分別用xR、xG、xB表示，然后根據(jù)環(huán)境光的強(qiáng)度分別調(diào)節(jié)背光源的三原色光強(qiáng)度。將背光模塊需要發(fā)出的三原色的光強(qiáng)分別用yR、yG、yB表示。使背光模塊需要發(fā)出的三原色光強(qiáng)與環(huán)境光的三原色光強(qiáng)的關(guān)系為：

式中，i可取R、G、B;bi是環(huán)境光為0時(shí)背光源第i種顏色的光強(qiáng)，ki是參照自然界中普通物體在自然光照射下的光強(qiáng)特性而設(shè)定的，ki和bi都大于0，其值存儲(chǔ)在單片機(jī)中，并可以根據(jù)用戶(hù)的需要改變。

控制模塊通過(guò)三原色傳感器不斷對(duì)環(huán)境光的光強(qiáng)及背光模塊的三原色實(shí)際光強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量，控制LED驅(qū)動(dòng)集成電路輸出相應(yīng)的PWM信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)背光模塊的光強(qiáng)能根據(jù)周?chē)h(huán)境光的照度自動(dòng)調(diào)節(jié)。

1.3手動(dòng)調(diào)節(jié)光強(qiáng)度

如果用戶(hù)對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)的光強(qiáng)不滿(mǎn)意，可根據(jù)個(gè)人喜好手動(dòng)調(diào)節(jié)背光模塊的光強(qiáng)。背光模塊調(diào)節(jié)前的三原色光強(qiáng)為yi，經(jīng)人工調(diào)節(jié)后的三原色光強(qiáng)為y'i，通過(guò)y'i計(jì)算出b'i、k'i:

該二式計(jì)算出的b'i和k'i可能會(huì)非常小，針對(duì)這種情況，在電路中設(shè)置了bmini和kmini。比較b'i和bmini，將較大的值作為調(diào)整后的bi值存入電路中；比較k'i和kmini，將較大的值作為調(diào)整后的ki值存入單片機(jī)中。從而完成對(duì)背光模塊光強(qiáng)和環(huán)境光強(qiáng)度之間關(guān)系的修改。

系統(tǒng)初始化時(shí)設(shè)定bi和ki的初始值為bsi和ksi，并存儲(chǔ)到單片機(jī)內(nèi)，用戶(hù)可以通過(guò)按鍵使bi和ki還原到bsi和ksi。

2驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)電路

座艙式顯示設(shè)備主要集中在中尺寸，本文設(shè)計(jì)的是7寸液晶顯示器的背光驅(qū)動(dòng)電路。檢測(cè)和驅(qū)動(dòng)部分的電路原理圖如圖2所示。

圖2檢測(cè)和驅(qū)動(dòng)部分的原理圖

電路中采用STC12C5624AD單片機(jī)作為控制模塊；采用NationalSemiconductor生產(chǎn)的LM2733升壓電源，分別驅(qū)動(dòng)紅、綠、藍(lán)三色LED;以L(fǎng)M20作為溫度傳感器，隨時(shí)檢測(cè)LED的溫度，保證LED正常工作；選用光敏二極管MCS3AS作為三原色傳感器，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為紅、綠、藍(lán)的三原色的電信號(hào)；通過(guò)按鍵控制是否復(fù)位到初始值及手動(dòng)調(diào)光。

為提高系統(tǒng)的可靠性，將液晶的背光模塊分為9個(gè)區(qū)域。同時(shí)，為濾除50Hz、60Hz干擾信號(hào)，本電路對(duì)環(huán)境光及背光模塊的光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行采樣時(shí)，采用1s采樣600個(gè)點(diǎn)求平均值的方法。

3通訊模塊

為保證通訊的可靠性，本設(shè)計(jì)采用CAN總線(xiàn)通訊。CAN網(wǎng)絡(luò)是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，其總線(xiàn)規(guī)范已被ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并被公認(rèn)為是有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之一。由于其設(shè)計(jì)成本低、通訊可靠性高，廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中各檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信。

將單片機(jī)、三原色傳感器、溫度傳感器、LED驅(qū)動(dòng)集成電路作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，采用SJA1000和TJA1040作為節(jié)點(diǎn)的通訊器件。節(jié)點(diǎn)單片機(jī)將背光信息和環(huán)境光信息發(fā)送到CAN總線(xiàn)上，同時(shí)也能夠接收到CAN總線(xiàn)上的信息。本設(shè)計(jì)采用的傳輸速率為500kbps。

4結(jié)論

以上通過(guò)對(duì)液晶顯示器背光源進(jìn)行調(diào)研，結(jié)合座艙環(huán)境對(duì)顯示器的要求，設(shè)