摘要：使用直下式RGB LED 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)或用戶喜好自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié),。該設(shè)計(jì)能更好地滿足座艙內(nèi)用戶的需求,。

引言

　　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)，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)境和用戶需求進(jìn)行調(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。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)際上較為領(lǐng)先的直下式RGB LED 背光驅(qū)動(dòng)技術(shù),，并將背光模塊分區(qū)，利用CAN 總線技術(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)或用戶喜好自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié),。該設(shè)計(jì)能夠更好地滿足座艙內(nèi)用戶的觀看需求。

1 背光模塊

　　1. 1 RGB LED 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 （ NationalTelevision System Committee） 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RGB LED 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,。RGB LED 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RGB LED 作為背光模組，顯示器的色域范圍最高能達(dá)到NTSC 色域的150% 左右，同時(shí),，RGB LED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RGB LED 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)到最大值時(shí),，顯示屏的白平衡達(dá)到最好,。

　　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)，k i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

　　如果用戶對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)的光強(qiáng)不滿意,，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National Semiconductor 生產(chǎn)的LM 2733 升壓電源，分別驅(qū)動(dòng)紅,、綠,、藍(lán)三色LED; 以LM20 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)為是最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。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 總線上，同時(shí)也能夠接收到CAN 總線上的信息,。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)計(jì)了一種用于座艙的直下式RGB LED 背光驅(qū)動(dòng)電路,，它能自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)顯示器背光源的亮度。經(jīng)測(cè)試使用,，采用本設(shè)計(jì)技術(shù)的LCD 顯示屏在周?chē)饩€較亮?xí)r仍具備可讀性,，保證了顯示器顯示信息的安全性和可靠性。

　　由于本設(shè)計(jì)采用分區(qū)設(shè)計(jì),，其背光電路設(shè)計(jì)方案也可用于大尺寸液晶顯示器中,。