座舱中自动调节背光亮度的显示器设计

为使座舱内的用户随时得到准确、可靠的信息，座舱内使用的显示器必须具有高可靠性，同时，因为飞机驾驶员左右手都要操作仪器，且为提高座舱显示器的易读性和缓解视觉疲劳，显示器的光强还应能根据周围环境和用户需求进行自动和手动调整，避免用户在环境光很强时看不清显示内容，或在环境光很暗时感到刺眼。液晶显示器的背光亮度直接决定显示器的平均亮度，通过调节液晶显示器的背光亮度来调节显示器的亮度。

采用国产的STC12C5624AD单片机设计一个液晶屏背光模块驱动和调节电路，能够准确测量环境光的照度，根据环境光实现自动和手动调节背光亮度。

1 显示器背光调节的原理

因为飞机座舱的特殊性，对座舱显示的可靠性、准确性和智能性有更高的要求，需要根据环境光的变化自动调整自身的背光亮度，使人眼看的比较舒服，也可以手动调节屏幕亮度以达到用户的要求。通过研究可得到环境光xt和背光屏的亮度yt之间的关系式。

在环境光照度为xt时，自动调节的亮度为：yt=kxt+b （1）

其中b是当环境光为0时，驾驶员为看清屏幕上的显示信息需要的最小亮度；k是一个比例常数，可以根据用户的习惯进行修改，反应的是在亮环境中人类看清屏幕上的信息所需要的亮度和环境光的比值。

当用户对自动调节的亮度不满意时，人工调节亮度到yt'调用下式计算：

得出的b'和k'经过检查后替代（1）式中的b和k得到新的计算公式，为了防止驾驶员过度调节，设定了bmin和bmax,只有b'在这两者之间时才用b'替代b,同时出厂时系统设定了初始值bs,用户可以通过按钮让b恢复到bs,同样对于k也设定了kmin、kmax和ks.

2 电路

液晶屏背光模块的电路原理图如图1所示，主要包括两片PN23CV型硅光电池、单片机、按键电路、以DD313为核心的LED背光驱动电路及辅助电路等。PN23CV型硅光电池感知环境光的照度和液晶屏背光的亮度，经放大处理后将信号传送给单片机，单片机计算液晶屏背光的理论亮度，与液晶屏背光的实际亮度进行比较，判断是否需要调整液晶屏背光的亮度。如果需要，则给以DD313为核心的背光驱动电路发送信号，其中DD313的13、11、6引脚分别接红、绿、蓝LED,控制LED的亮度，进而调节液晶屏背光模块的实际亮度。当用户对自动调节的结果不满意时，可通过按键电路给单片机发送信号，单片机判断是否需要调整液晶屏背光的亮度。在液晶屏背光亮度调节后，延迟一段时间，修改b和k值。电路程序流程图如图2和图3所示。

图1 液晶屏背光模块的电路原理图

图2 主程序流程图

图3 中断控制程序流程图

当用户手动调节显示亮度时，按键SW1和SW2分别接单片机STC12C5624AD的中断0和中断1口。按下按键输出电压为VCC,释放按键，输出电压为0,按下SW1表示用户要求增加显示亮度，按下SW2表示用户要求降低显示亮度，SW1、SW2都被按下表示回到原出厂b和k的设置值和bs和ks,SW1、SW2分别接在单片机的8、9两引脚上。

3 软件编程

电路功能依靠软件编程来实现，利用STC单片机定时器和中断器来扫描是否有按键按下，再做相应处理。

1）定时器程序模块

定时一段时间作为额外的延时时间，该时间固定，便于控制，程序如下：

2）中断器程序模块

检测外部是否有按键按下，并调用扫描程序scan（），程序如下：

3）按键扫描程序模块

扫描是哪个按键按下，并调用相应的参数修改函数，程序如下：

4）参数修改程序模块

完成对b,k值的增加或减小，实现调节高度，程序如下：

5）复位程序模块

恢复b,k值为出厂设置值，实现高度最佳，程序如下：

6）定时器看门狗

防止程序跑飞其设计思路如下：

4 结论

文中使用性能优越、技术成熟的51单片机，通过单片机外围电路的设计以及其定时器和中断的编程实现对座舱显示器背光的手动和自动调节，以达到令用户满意的舒适的屏幕亮度，使座舱显示器背光调节精准、可靠的同时更加智能化和人性化。