室內(nèi)自動控制光控燈)

1、 傳感器課程設計技術 成績評定： 傳感器技術 課程設計 題 目 室內(nèi)燈光亮度自動調(diào)節(jié)器的設計 10傳感器課程設計技術目 錄一 、設計目的二、設計任務與要求2.1設計任務2.2設計要求三、設計步驟及原理分析3.1設計方法3.2設計步驟3.3設計原理分析四、課程設計小結與體會五、參考文獻摘要 針對應用于大多數(shù)電子產(chǎn)品上的LCD 亮度自動調(diào)節(jié)的需要，本文提出一種基于TSL2550 實現(xiàn)LCD 亮度自動調(diào)節(jié)的新型控制系統(tǒng)。本控制系統(tǒng)以光照傳感器TSL2550 檢測環(huán)境光照度，經(jīng)過對比度矯正，對LCD 顯示器的亮度做出自動調(diào)整。系統(tǒng)采用全硬件實現(xiàn)，提高了響應速度，避免了軟件實現(xiàn)帶來的不利因素。TAOS

2、公司的光照傳感器TSL2550 的出現(xiàn)使這種對背景光強度的判斷變得更準確。這種光傳感器提供的輸出是根據(jù)兩個組合傳感器讀數(shù)推導出來的，其中一個傳感器檢測可見光及紅外光，另一個傳感器只檢測紅外光。關鍵詞：光照傳感器TSL2550 EPLD LCD 顯示器亮度一 、設計目的 液晶顯示器（Liquid Crystal Display, LCD）具有顯示容量高、畫質(zhì)好、體積小、質(zhì)量輕、功耗低等優(yōu)點，在電子設備中得到了廣泛的應用。在給定的環(huán)境光條件下，LCD 顯示器背景光的強度是至關重要的，光強過大會影響整個產(chǎn)品的使用壽命；光強過小會造成顯示器失效。尤其在背景光強度發(fā)生劇烈變化的時候，液晶顯示器經(jīng)常會無法

3、為人眼所辨識，給使用者造成不便，所以亮度調(diào)節(jié)是LCD 發(fā)展的必需環(huán)節(jié)。自動亮度調(diào)節(jié)最重要的部分是判斷背景光的強的必需環(huán)節(jié)。自動亮度調(diào)節(jié)最重要的部分是判斷背景光的強度，這個環(huán)節(jié)在過去由于紅外光的影響常常產(chǎn)生較大的測量誤差。TAOS 公司的光照傳感器TSL2550 的出現(xiàn)使這種對背景光強度的判斷變得更準確。這種光傳感器提供的輸出是根據(jù)兩個組合傳感器讀數(shù)推導出來的，其中一個傳感器檢測可見光及紅外光，另一個傳感器只檢測紅外光。只要將這兩個讀數(shù)相減，并將結果數(shù)字化，TSL2550 就能得到近似人眼的響應，從而評估可見光光強以及紅外線的影響，調(diào)整背景照明。二、設計任務與要求2.1設計任務 普通的光照傳感器

4、只有一個光電探測器，檢測傳感器技術到的光信號既包含可見光成分又有紅外光成分。當周圍環(huán)境的可見光并不十分強而紅外光較強時，檢測的結果會受到紅外光的影響，輸出光照強度大的測量值，與人眼的感覺有很大的差異。因此，在光照傳感器設計中，一個關鍵的問題是要濾除紅外光對光照傳感器檢測結果的影響。本系統(tǒng)選用TAOS 公司的TSL2550 型光照傳感器，結構如圖1 所示。該傳感器為對顯示器背光進行亮度控制的專用環(huán)境光照傳感器。它配備有2 個光電探測器，探測器0 檢測環(huán)境中可見光和紅外光總的光照度，探測器1 只檢測環(huán)境中紅外光光照度。探測器1 的紅外探測結果用于減小紅外光在檢測結果中的影響。TSL2550 型光照

5、傳感器檢測值經(jīng)A/D轉換器轉換為數(shù)字信號，輸入到EPLD 光亮度自動控制系統(tǒng)。EPLD光亮度自動控制系統(tǒng)將A/D轉換器數(shù)字信號輸出值按照公式（1） 計算：式中：L 為亮度，單位流明；Ch0 和Ch1 分別代表光照傳感器兩個光電探測器所采集到的數(shù)值；R 表示Ch1 和Ch0 的比值，即當前環(huán)境中紅外光所占的比重。公式（1）是在熒光和白熾光源下進行光學測試得出的經(jīng)驗公式，在實際的強光環(huán)境下，亮度值要略高一些。表1 為不同光源照明條件下TSL2550 型光照傳感器的檢測值輸出。2.2設計要求 傳感器技術Bmin 的比值穩(wěn)定，即對比度一定，就能夠給人真實感。實際觀察時，人眼的對比靈敏度會受到環(huán)境光亮度

6、值B 的影響而下降，實際的對比度為： 3、 設計步驟及原理分析3.1設計方法亮度是在規(guī)定的工作條件下，顯示器件顯示部分發(fā)光強度的量度。液晶顯示器件是被動發(fā)光器件，本身并不發(fā)光，其亮度受制于背光源的亮度、液晶屏本身透過率和環(huán)境光強。不同應用對液晶顯示器件有不同的亮度要求。對于面積為S、光通量為的理想漫散射面，可認為亮度處為光源法線方向的光強In，散射面平均照度為： 3.2設計步驟 根據(jù)光照傳感器的測量來進行亮度調(diào)節(jié)。人眼的主觀亮度不只隨光源的輻射光功率和波長改變，還與周圍環(huán)境和光源的明亮對比度有關。主觀亮度感覺F 與光源亮度值B 的對數(shù)成比例：其中K0 和K 是與周圍環(huán)境亮度有關的常數(shù)。實驗表明

7、，在不同的亮度B 值下，人眼能覺察的最小光源亮度變化Bmin 取決于相對亮度化。人眼可察覺的最小相對亮度變化Bmin/B 稱為對比靈敏度閾，用表示，其值通常在0.0050.05 之間。故只要保持光源的最大亮度Bmax 與最小亮度。3.3設計原理分析 語言是超高速集成電路硬件描述語言，是IEEE工業(yè)標準的硬件描述語言。使用TSL2550語言設計電路方法靈活，硬件描述能力強，能有效的支持邏輯單元的復用、類屬以及帶參數(shù)過程和函數(shù)。將TSL2550 語言設計方法引入LCD 顯示器亮度調(diào)節(jié)的EPLD 電路設計，將使電路移植性更強，便于修改，支持與工藝無關的編程。參照圖2 所示EPLD的內(nèi)部模塊功能和圖3

8、 所示的狀態(tài)機，采用TSL2550 語言對EPLD 進行設計，并對亮度之間的比較過程進行仿真。經(jīng)過SMBus 總線變換出的并行數(shù)據(jù)Data0 和Data1分別包含和不包含周圍環(huán)境的可見光亮度值，轉換成數(shù)字信號，作為16 位的二進制數(shù)進行處理。對這兩組數(shù)進行比較，可以得到周圍可見光的亮度數(shù)字信息，將此信息與采集到的當前LCD 工作狀態(tài)對應的環(huán)境亮度值進行比較，如果介于調(diào)節(jié)區(qū)間內(nèi)（調(diào)節(jié)區(qū)間的設立主要是為了避免對環(huán)境亮度值的微小變化進行調(diào)節(jié)而引起系統(tǒng)資源的浪費），那么就將新的亮度值發(fā)送給LCD 控制部分，實現(xiàn)對LCD 亮度的自動調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)可以順利完成以下操作：（1）TSL2550 初始化主要包括設

9、置輸出數(shù)據(jù)的格式、使能A/D 轉換器和設置A/D 轉換器數(shù)據(jù)格式等。在本系統(tǒng)中初始化操作任務由EPLD通過SMBData 管腳對TSL2550 進行讀寫來完成。（2）讀取TSL2550 的檢測數(shù)據(jù)TSL2550 接口為SMBus 格式，EPLD須通過SMBus將串行信號轉換成快速處理的并行信號，將亮度值從SMBData 讀入的數(shù)據(jù)中提取出來，輸入到比較器中進行處理。TSL2550 兩個光電探測器檢測到的兩組信號Input1 和Input0 的值是不同的，通過比較濾出紅外光的數(shù)值，即得到單純可見光的亮度值。（3）計算LCD 顯示器亮度調(diào)節(jié)值并進行LCD 亮度控制EPLD根據(jù)當前外界環(huán)境的亮度值和

10、當前LCD的亮度值和視函數(shù)來判斷是否需要改變LCD 的亮度，如果需要的話，計算調(diào)節(jié)值是多少。EPLD 通過讀寫來控制LCD 顯示器，在本文中主要指對LCD 顯示器亮度進行控制。為了把一幅圖像的灰度層次顯示出來，一般是把圖像上的像素的顏色根據(jù)其亮度進行相應的量化。本系統(tǒng)采用32 級灰度量化仿真，需要用5 位二進制數(shù)，三原色紅、綠、藍的亮度量化需要15 位二進制數(shù)表示。實驗發(fā)現(xiàn)這個系統(tǒng)也可以適應亮度突然增大和突然減小的境，調(diào)節(jié)的延遲時間可以控制在0.05s 左右。四、課程設計小結與體會光照傳感器TSL2550 檢測環(huán)境光強度，經(jīng)模數(shù)轉換器轉換為數(shù)字信號，輸入以EPLD 構造的光亮度自動控制系統(tǒng)。E

11、PLD 根據(jù)LCD 顯示器當前的亮度值，判斷是否需要改變背光強度，以及改變的合適幅度，來適合當前外界的亮度，從而實現(xiàn)LCD 顯示器亮度自動調(diào)節(jié)。圖2 為EPLD 內(nèi)部模塊以及各個模塊之間的關系。EPLD 模塊接收到光照傳感器采集的數(shù)據(jù)，將Ch0 和Ch1 串并轉換成S_DATA0 和S-DATA1 輸入到比較器，T_Ctrl 判斷是否進行操作控制。EPLD 內(nèi)部比較器有3 個輸出，一是判斷是否需要調(diào)節(jié)LCD 顯示器亮度，CTRL1 和CTRL0 兩個控制信號分別用于控制收數(shù)據(jù)（R-DATA） 模塊和發(fā)數(shù)據(jù)(W_DATA)模塊，發(fā)出“讀取LCD 當前亮度”命令并讀取LCD亮度值。計算亮度調(diào)節(jié)值模

12、塊根據(jù)比較器的另一個輸出當前外界亮度值和LCD 當前的亮度值，計算出LCD 亮度的調(diào)節(jié)值，并通過發(fā)數(shù)據(jù)模塊對LCD的亮度進行調(diào)整。光照傳感器TSL2550 提供SMBus 接口，與EPLD通過SMBData信號進行通信。為了保證系統(tǒng)的同步，TSL2550 的時鐘可由系統(tǒng)時鐘經(jīng)過EPLD 分頻后提供。EPLD 每隔一段時間從TSL2550 讀取一次數(shù)據(jù)。為了避免LCD 顯示器的亮度的頻繁變化，只有當前后兩次讀入的外界亮度值的變化大于某個值的時候，才對LCD 顯示器的亮度進行調(diào)節(jié)。當需要調(diào)節(jié)LCD顯示器的亮度時，EPLD 先讀取LCD 顯示器當前的亮度值，然后根據(jù)當前外界的亮度值，即TSL2550

13、檢測的結果，計算出LCD 顯示器亮度調(diào)節(jié)值，對LCD顯示器的亮度進行調(diào)節(jié)。系統(tǒng)狀態(tài)機如圖3 所示。結論：本文針對LCD 顯示器的亮度調(diào)節(jié)問題，提出了一種基于TSL2550 的設計方案。方案基于TSL2550光照傳感器的檢測結果，控制系統(tǒng)對LCD 顯示器的亮度自動作出相應的調(diào)整。由于采用全硬件實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)節(jié)，避免了由軟件實現(xiàn)帶來的各種不利因素，提高了響應速度。通過仿真運用，證明以上方案是可行的，調(diào)節(jié)的延遲時間在實驗室條件下可以控制在0.05s 左右，可以適應環(huán)境亮度的突然變化。五文獻：1M. Menozzi, F. Lang, U. Napflin, C. Zeller, H. Krueger.CRT versus LCD: effects of refresh rate, display technologyand background luminance in visual performance. Displays,2001,3.2 TSL2550 傳感器產(chǎn)品說明書.3 母國光, 戰(zhàn)元令. 光學. 科學出版社, 1978.4 Badano, Aldo, Michael J. Flynn, Jerzy Kanicki. Accuratesma