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06-17
摘要：采用直下式RGB LED作为座舱液晶显示器的背光源，并采用背光模组分区技术；通过背光驱动电路的设计，利用CAN总线通信，可以根据环境光三基色的强度或用户的喜好自动或手动调节显示屏背光模块的光强。
这样的设计能够更好的满足用户在座舱内的需求。
简介 为了让驾驶舱内的用户随时获得准确可靠的信息，驾驶舱内使用的显示器必须具有高可靠性；同时，为了提高其可读性，缓解视觉疲劳，显示屏的光线强度也必须能够根据周围环境和用户需求进行调节，以防止用户无法看清显示屏当环境光非常强时，内容会感到刺眼，或者当环境光很暗时，会感觉刺眼。
目前，液晶(LCD)显示器已广泛应用于商业、工业和军事领域。
LED背光源是国家重点研究课题。
它在稳定性、可视性、环保、发光效率、色彩饱和度、体积、动态控制等方面具有明显优势，正在迅速普及。
本文设计了一种将LED背光应用于座舱显示器的驱动电路。
采用国际领先的直下式RGB LED背光驱动技术，对背光模组进行分区，采用CAN总线技术保证有效通信；该电路的设计使得显示器背光模块的光强能够根据环境光三基色的强弱或用户的喜好自动或手动调节。
这样的设计能够更好地满足用户在座舱内的观看需求。
1 背光模块 1。
1 RGB LED背光模组 传统LCD背光采用冷阴极荧光灯（CCFL），色彩还原性差，只能提供NTSC（美国国家电视系统委员会）标准中性色。
72%的色域； LED背光源色彩还原性好，可以达到NTSC标准色域的%，甚至超过%，寿命长且不含汞。
LED背光模组根据入射位置一般分为侧光式和直下式；根据LED的类型，可分为RGB LED和白光LED。
与侧光式背光相比，直下式背光由于 LED 分布在面板后面，因此亮度分布更加均匀。
RGB LED背光源采用RGB三基色LED作为独立的发光元件。
与白光LED相比，它具有更好的亮度、对比度和色彩还原性。
采用RGB LED作为背光模组，显示器的色域范围最高可达NTSC色域的%左右。
同时RGB LED背光支持背光区域调节技术，动态对比度可达千万级：1级[5]。
通过分析，直下式RGB LED更适合作为座舱环境下液晶显示器的背光源。
图1是采用直下式LED背光源的LCD显示器的结构示意图。
图1 采用直下式LED背光源的液晶显示器俯视图 由于LED光源是点光源，我们需要对其进行光学设计，使其形成亮度均匀的面光源。
另外，我们将背光模组屏分成区块，每个区域使用三个LED驱动集成电路来控制三基色LED的发光强度。
1。
2 自动调节光照强度 由于人眼习惯于看到自然界中的物体受环境光的影响，因此本文设计的背光模组的亮度模拟了自然界中物体的亮度特性，其中R和G，B时三色LED的亮度达到最大值，显示屏的白平衡达到最佳。
电路检测环境光的光强度，通过三基色传感器将环境光分解为红、绿、蓝信号。
它们的尺寸分别用xR、xG、xB来表示，然后根据环境光的强度来调节背光的三基色光。
力量。
背光模组需要发出的三基色的光强度分别用yR、yG、yB表示。
背光模组需要发出的三基色光强度与环境光的三基色光强度的关系为： 式中，i可以为R、G、B； bi为环境光为0时背光源第i种颜色的光强，ki是参考自然光下自然界普通物体的光强特性设定的。
ki和bi都大于0。
它们的值存储在单片机中，可以根据用户的需要进行更改。
控制模块通过三基色传感器不断测量环境光的光强和背光模块三基色的实际光强，并控制LED驱动集成电路输出相应的PWM信号，从而实现了根据周围环境光来调节背光模组的光强。
自动照明调节。
1。
3 手动调节光强 如果用户对自动调节的光强不满意，可以根据个人喜好手动调节背光模组的光强。
背光模组调整前的三基色光强为yi，手动调整后的三基色光强为y'i。
b'i 和 k'i 通过 y'i 计算： b'i 通过这两个公式计算，k'i 可能很小。
对于这种情况，电路中设置了 bmini 和 kmini。
比较b'i和bmini，将较大的值存储在电路中作为调整后的bi值；比较k'i和kmini，并将较大的值存储在单片机中作为调整后的ki值。
至此，背光模组的光强度与环境光强度的关系的修改完成。
系统初始化时，将bi和ki的初始值设置为bsi和ksi，并存储在单片机中。
用户可以通过按键将bi和ki恢复为bsi和ksi。
2 驱动及检测电路 座舱显示设备主要集中在中等尺寸。
本文设计了7英寸液晶显示器的背光驱动电路。
检测与驱动部分电路原理图如图2所示。
图2检测与驱动部分原理图 电路采用STC12CAD单片机作为控制模块；采用美国国家半导体生产的LM升压电源分别驱动红、绿、蓝LED；采用LM20作为温度传感器，随时检测LED的温度，保证LED的正常工作；采用光敏二极管MCS3AS作为三基色传感器，将光信号转换为红、绿、蓝三基色的电信号；通过按钮控制是否复位到初始值以及手动调光。
为了提高系统的可靠性，LCD背光模块分为9个区域。
同时，为了滤除50Hz和60Hz的干扰信号，本电路在采样环境光和背光模组的光强信号时，采用了对1s采样点进行平均的方法。
3 通讯模块 为保证通讯的可靠性，本设计采用CAN总线通讯。
CAN网络是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。
其总线规范已被ISO国际标准化组织制定为国际标准，被公认为最有前途的现场总线之一。
由于其设计成本低、通信可靠性高，被广泛应用于控制系统中检测与执行机构之间的数据通信。
以单片机、三基色传感器、温度传感器、LED驱动集成电路作为节点，并使用SJA和TJA作为节点的通信器件。
节点微控制器向CAN总线发送背光信息和环境光信息，也可以接收CAN总线上的信息。
本设计中使用的传输速率为kbps。
4结论 通过上述对LCD背光源的考察，结合驾驶舱环境对显示器的要求，设计了一种用于驾驶舱的直接式RGB LED背光驱动电路，可以自动或手动调节显示背光源的亮度。
经过测试和使用，采用该设计技术的液晶显示屏在周围光线明亮的情况下仍然可读，保证了显示屏显示信息的安全性和可靠性。
由于本设计采用分区设计，其背光电路设计也可用于大尺寸液晶显示器。
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