室内自动控制光控灯Word文档下载推荐.docx
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三、设计步骤及原理分析
3.1设计方法
3.2设计步骤
3.3设计原理分析
四、课程设计小结与体会
五、参考文献
摘要
针对应用于大多数电子产品上的LCD亮度自动调节的需要，本文提出一种基于TSL2550实现LCD亮度自动调节的新型控制系统。
本控制系统以光照传感器TSL2550检测环境光照度，经过对比度矫
正，对LCD显示器的亮度做出自动调整。
系统采用全硬件实现，提高了响应速度，避免了软件实现带来的不利因素。
TAOS公司的光照传感器TSL2550的出现使这种对背景光强度的判断变得更准确。
这种光传感器提供的输出是根据两个组合传感器读数推导出来的，其中一个传感器检测可见光及红外光，另一个传感器只检测红外光。
关键词：
光照传感器TSL2550EPLDLCD显示器亮度
一、设计目的
液晶显示器（LiquidCrystalDisplay,LCD）具有显示容量高、画质好、体积小、质量轻、功耗低等优点，在电子设备中得到了广泛的应用。
在给定的环境光条件下，LCD显示器背景光的强度是至关重要的，光强过大会影响整个产品的使用寿命；
光强过小会造成显示器失效。
尤其在背景光强度发生剧烈变化的时候，液晶显示器经常会无法为人眼所辨识，给使用者造成不便，所以亮度调节是LCD发展的必需环节。
自动亮度调节最重要的部分是判断背景光的强的必需环节。
自动亮度调节最重要的部分是判断背景光的强度，这个环节在过去由于红外光的影响常常产生较大的测量误差。
只要将这两个读数相减，并将结果数字化，TSL2550就能得到近似人眼的响应，从而评估可见光光强以及红外线的影响，调整背景照明。
二、设计任务与要求
2.1设计任务
普通的光照传感器只有一个光电探测器，检测传感器技术到的光信号既包含可见光成分又有红外光成分。
当周围环境的可见光并不十分强而红外光较强时，检测的结果会受到红外光的影响，输出光照强度大的测量值，与人眼的感觉有很大的差异。
因此，在光照传感器设计中，一个关键的问题是要滤除红外光对光照传感器检测结果的影响。
本系统选用TAOS公
司的TSL2550型光照传感器，结构如图1所示。
该传感器为对显示器背光进行亮度控制的专用环境光照传感器。
它配备有2个光电探测器，探测器0检测环境中可见光和红外光总的光照度，探测器1只检测环境中红外光光照度。
探测器1的红外探测结果用于减小红外光在检测结果中的影响。
TSL2550型光照传感器检测值经A/D转换器转换为数字信号，输入到EPLD光亮度自动控制系统。
EPLD光亮度自动控制系统将A/D转换器数字信号输出值按照公式
（1）计算：
式中：
L为亮度，单位流明；
Ch0和Ch1分别代表光照传感器两个光电探测器所采集到的数值；
R表示Ch1和Ch0的比值，即当前环境中红外光
所占的比重。
公式
（1）是在荧光和白炽光源下进行光学测试得出的经验公式，在实际的强光环境下，亮度值要略高一些。
表1为不同光源照明条件下TSL2550型光照传感器的检测值输出。
2.2设计要求
传感器技术Bmin的比值稳定，即对比度一定，就能够给人真实感。
实际观察时，人眼的对比灵敏度会受到环境光亮度值B的影响而下降，实际的对比度为：
三、设计步骤及原理分析
3.1设计方法
亮度是在规定的工作条件下，显示器件显示部分发光强度的量度。
液晶显示器件是被动发光器件，本身并不发光，其亮度受制于背光源的亮度、液晶屏本身透过率和环境光强。
不同应用对液晶显示器件有不同的亮度要求。
对于面积为S、光通量为的理想漫散射面，可认为亮度处为光源法线方向的光强In，散射面平均照度为：
3.2设计步骤
根据光照传感器的测量来进行亮度调节。
人眼的主观亮度不只随光源的辐射光功率和波长改变，还与周围环境和光源的明亮对比度有关。
主
观亮度感觉F与光源亮度值B的对数成比例：
其中K0和K是与周围环境亮度有关的常数。
实验表明，在不同的亮度B值下，人眼能觉察的最小光源亮度变化Bmin取决于相对亮度化。
人眼可察觉的最小相对亮度变化
Bmin/B称为对比灵敏度阈，用表示，其值通常在0.005~0.05之间。
故只要保持光源的最大亮度Bmax与最小亮度。
3.3设计原理分析
语言是超高速集成电路硬件描述语言，是IEEE工业标准的硬件描述语言。
使用TSL2550语言设计电路方法灵活，硬件描述能力强，能有效的支持逻辑单元的复用、类属以及带参数过程和函数。
将TSL2550语言设计方法引入LCD显示器亮度调节的EPLD电路设计，将使电路移植性更强，便于修改，支持与工艺无关的编程。
参照图2所示EPLD的内部模块功能和图3所示的状态机，采用TSL2550语言对EPLD进行设计，并对亮度之间的比较过程进行仿真。
经过SMBus总线变换出的并行数据Data0和Data1分别包含和不包含周围环境的可见光亮度值，转换成数字信号，作为16位的二进制数进行处理。
对这两组数进行比较，可以得到周围可见光的亮度数字信息，将此信息与采集到的当前LCD工作状态对应的环境亮度值进行比较，如果介于调节区间内（调节区间的设立主要是为了避免对环境亮度值的微小变化进行调节而引起系统资源的浪费），那么就将新的亮度值发送给LCD控制部分，实现对LCD亮度的自动调节。
本系统可以顺利完成以下操作：
（1）TSL2550初始化主要包括设置输出数据的格式、使能A/D转换器和设置A/D转换器数据格式等。
在本系统中初始化操作任务由EPLD通过SMBData管脚对TSL2550进行读写来完成。
（2）读取TSL2550的检测数据TSL2550接口为SMBus格式，EPLD须通过SMBus将串行信号转换成快速处理的并行信号，将亮度值从SMBData读入的数据中提取出来，输入到比较器中进行处理。
TSL2550两个光电探测器检测到的两组信号Input1和Input0的值是不同的，通过比较滤出红外光的数值，即得到单纯可见光的亮度值。
（3）计算LCD显示器亮度调节值并进行LCD亮度控制EPLD根据当前外界环境的亮度值和当前LCD的亮度值和视函数来判断是否需要改变LCD的亮度，如果需要的话，计算调节值是多少。
EPLD通过读写来控制LCD显示器，在本文中主要指对LCD显示器亮度进行控制。
为了把一幅图像的灰度层次显示出来，一般是把图像上的像素的颜色根据其亮度进行相应的量化。
本系统采用32级灰度量化仿真，需要用5位二进制数，三原色红、绿、蓝的亮度量化需要15位二进制数表示。
实验发现这个系统也可以适应亮度突然增大和突然减小的境，调节的延迟时间可以控制在0.05s左右。
四、课程设计小结与体会
光照传感器TSL2550检测环境光强度，经模数转换器转换为数字信号，输入以EPLD构造的光亮度自动控制系统。
EPLD根据LCD显示器当前的亮度值，判断是否需要改变背光强度，以及改变的合适幅度，来适合当前外界的亮度，从而实现LCD显示器亮度自动调节。
图2为EPLD内部模块以及各个模块之间的关系。
EPLD模块接收到光照传感器采集的数据，将Ch0和Ch1串并转换成S_DATA0和S-DATA1输入到比较器，T_Ctrl判断是否进行操作控制。
EPLD内部比较器有3个输出，一是判断是否需要调节LCD显示器亮度，CTRL1和CTRL0两个控制信号分别用于控制收数据（R-DATA）模块和发数据（W_DATA）模块，发出“读取LCD当前亮度”命令并读取LCD亮度值。
计算亮度调节值模块根据比较器的另一个
输出——当前外界亮度值和LCD当前的亮度值，计算出LCD亮度的调节值，并通过发数据模块对LCD的亮度进行调整。
光照传感器TSL2550提供SMBus接口，与EPLD通过SMBData信号进行通信。
为了保证系统的同步，TSL2550的时钟可由系统时钟经过EPLD分频后提供。
EPLD每隔一段时间从TSL2550读取一次数据。
为了避免LCD显示器的亮度的频繁变化，只有当前后两次读入的外界亮度值的变化大于某个值的时候，才对LCD显示器的亮度进行调节。
当需要调节LCD显示器的亮度时，EPLD先读取LCD显示器当前的亮度值，然后根据当前外界的亮度值，即TSL2550检测的结果，计算出LCD显示器亮度调节值，对LCD显示器的亮度进行调节。
系统状态机如图3所示。
结论：
本文针对LCD显示器的亮度调节问题，提出了一种基于TSL2550的设计方案。
方案基于TSL2550光照传感器的检测结果，控制系统对LCD显示器的亮度自动作出相应的调整。
由于采用全硬件实现系统调节，避免了由软件实现带来的各种不利因素，提高了响应速度。
通过仿真运用，证明以上方案是可行的，调节的延迟时间在实验室条件下可以控制在0.05s左右，可以适应环境亮度的突然变化。
五．文献：
1M.Menozzi,F.Lang,U.Napflin,C.Zeller,H.Krueger.CRTversusLCD:
effectsofrefreshrate,displaytechnologyandbackgroundluminanceinvisualperformance.Displays,2001,3.
2TSL2550传感器产品说明书.
3母国光,战元令.光学.科学出版社,1978.
4Badano,Aldo,MichaelJ.Flynn,JerzyKanicki.Accuratesmall-spotluminancemeasurementsDisplays.2002,4.
5阎晓东.基于EPLD的PCI总线设计.内蒙古大学学报,2003,1.
6侯伯亨.VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计.西安电子科技大学出版社,1998.
7刘宝琴.可编程逻辑器件的现状与应用.电子技术应用,1997,4.
8陈建军.LCD大屏幕显示系统的对比度与亮度调节技术.光电子技术,1997,2.
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