中心議題：
- 亮度感應自動控制的功能
- 亮度感應自動控制存在的問題
- 亮度感應自動控制硬件電路設計及系統軟件設計
解決方案：
- 亮度感應自動控制硬件電路設計
- 亮度感應自動控制的自動校正算法
- 亮度感應自動控制的模擬遲滯比較算法
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隨著數字技術的突飛猛進，以及液晶電視機功能的越來越齊全，使用戶能夠進行頻道、顏色、亮度、對比度、音量等個性化的設置。亮度是彩色液晶電視機質量的一個指標，在現有的液晶電視中，使用者可以通過調整OSD菜單項進行調亮或者調暗，但是不能根據當前周圍環(huán)境的亮暗，自動進行亮度調整。因此，如何使個人在看液晶電視時避免眼睛疲勞，隨時都能在最舒服的亮度下欣賞節(jié)目，成為影響液晶電視進一步提升的重要瓶頸。在白天陽光強烈或顯示屏有反光現象時，如果此時液晶背光板亮度不夠，就不能清楚地欣賞節(jié)目和操作；在黃昏或光源較暗的時候，如果液晶背光板亮度太強，使用者會感受到刺眼的感覺，眼睛易疲勞。因此要實現適合人眼觀看的液晶電視亮度，關鍵是亮度感應自動控制。
本文對液晶電視亮度感應自動控制存在的問題進行了深入探討，并提出了對應的改進和防范措施。通過亮度感應器，采集到周圍環(huán)境的亮度；進行多次采樣自動校正算法，減少外界環(huán)境亮度變化的干擾，得到穩(wěn)定的亮度；通過模擬遲滯比較算法，減少亮度忽亮忽暗的變化，設定穩(wěn)定的控制液晶面板背光的脈寬調制信號；由脈寬調制信號對液晶面板背光進行調整得到自適應環(huán)境的最舒服的畫面亮度。
1 亮度感應自動控制的功能
脈寬調制(PWM)是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。PWM是一種對模擬信號電平進行數字編碼的方法。通過高分辨率計數器的使用，方波的占空比被調制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍然是數字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。
亮度感應自動控制是通過亮度感應器，采集到周圍環(huán)境的亮度，液晶電視中央處理器自動根據周圍環(huán)境的亮度設定穩(wěn)定的控制液晶面板背光的PWM信號，由PWM信號對液晶面板背光進行調整，得到自適應環(huán)境的最舒服的畫面亮度。在白天陽光強烈時或顯示屏有反光現象時，此時液晶背光板亮度不夠，液晶電視自動調高亮度，使得用戶能夠清楚地欣賞節(jié)目和操作；在黃昏或光源較暗的時候，液晶電視自動調低亮度，那么降低了液晶背光板的亮度，用戶就不會有刺眼的感覺，眼睛不易疲勞，不容易會引起眼力勞損，出現視力模糊或視力下降等癥狀。
2 亮度感應自動控制存在的問題
現有的液晶電視的亮度自動控制方法不理想，當周圍環(huán)境亮度突然變亮，液晶電視即自動啟動調亮亮度；當周圍環(huán)境亮度突然變暗，液晶電視即自動啟動調暗亮度。由于周圍環(huán)境亮度由亮變暗，由暗變亮的變化時間非常短，液晶電視也自動跟著調整由暗變亮，由亮變暗，這樣在液晶屏幕上所看到的忽亮忽暗的變化，大大影響用戶欣賞節(jié)目，同時加大眼睛疲勞度。所以為了解決亮度能夠自動控制，又不引起畫面忽亮忽暗，讓用戶隨時都能在最舒服的亮度下欣賞節(jié)目，成為影響液晶電視進一步提升的重要瓶頸。亮度感應自動控制存在的問題，主要表現在以下幾個方面：
2．1 亮度感應自動控制環(huán)境不穩(wěn)定因素
(1) 光線的變化。液晶電視的亮度感應器對周圍環(huán)境亮度的變化非常敏感，但是周圍環(huán)境亮度受多種因素的影響，環(huán)境燈光的開關，例如室內裝飾燈、日光燈，會引起亮度的變化；自然太陽光光線照射進來，亮度變亮，當太陽光光線被烏云遮蔽，亮度變暗；
(2) 運動物體。周圍環(huán)境物體的移動，包括人的移動，產生陰影引起亮度的變化，進而影響到液晶電視的亮度自動控制。
2．2 液晶電視結構的限制
亮度感應自動控制用感應器的感光效果，還受到感應器安裝在液晶電視的位置，安裝感應器塑膠殼子上的開孔孔徑，安裝感應器的角度等影響。
(1) 感應器安裝位置。一般感應器接受器安裝在液晶電視的前殼上，如果安裝在殼子的正中央位置，接受光線的效果會比較好，但是會影響到整機外觀。為了不影響到整個外觀，所以一般感應器接受器安裝在前殼的右下腳位置，在LED指示燈邊上。
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(2)感應器開孔孔徑。感應器接受器安裝在液晶電視的前殼上，開孔的孔徑大小也會影響到光的接受，如果開孔的孔徑足夠大，提高接受光線的效果，但是會影響到整機外觀， 所以一般殼子的開孔的孔徑至少為感應器接受器的孔徑大小。
(3)感應器有效接收角度。有些液晶電視的前框殼子，由于造型的要求，會有些斜邊的角度，如果感應器接受器安裝在斜邊的位置上，將會影響感應器的光感應接收。
2．3 軟體系統存在不完善
軟體系統的設計邏輯架構的合理性，軟體偵側感應器的方法是影響到亮度感應自動控制的主要因素，其中主要因子是偵側的時間和次數。如果偵側的時間和次數太短，感應器接受器不夠穩(wěn)定，造成亮度感應自動控制啟動過于頻繁；如果偵側的時間和次數過長，感應器接受器接收到的也許是過時數據，不能實時反饋周圍環(huán)境亮度的變化，造成亮度感應自動控制啟動反應較遲鈍。通常在OSD菜單上，設計一項亮度感應自動控制啟動／關閉可選開關。如果開關選擇關閉，將禁止亮度感應自動控制，即畫面亮度不會由于環(huán)境亮度的變化而改變。另外，液晶電視機器本身故障、元器件損壞，也會影響到軟體的亮度感應自動控制。
3 亮度感應自動控制的硬件電路設計
亮度感應自動控制的基體方塊由光感應器、A／D轉換、CPU、圖形處理器、亮度控制模塊、液晶面板等組成。根據周圍環(huán)境的亮度狀況，光感應器輸出一定值的直流電平，該直流電平信號通過A／D轉換成數字信號，并送到CPU。一方面由CPU根據程序的設定，輸出特定周期和占空比的PWM方波信號，經過濾波和整形之后，變?yōu)橐欢ǖ闹绷麟娖剑鳛榱炼瓤刂颇K的亮度控制信號，再由亮度控制模塊改變液晶面板燈管的電流，從而改變液晶面板的亮度大小；另一方面CPU根據程序的設定，調整圖形處理器的亮度寄存器值，從而改變輸出到液晶面板的數據亮度的大小。從圖像處理器輸出自適應亮度數據信號和自適應的亮度控制信號到亮度控制模塊，從而最終實現對液晶電視的感應自動控制。如圖1所示。
4 亮度感應自動控制的系統軟件設計
4．1 亮度感應自動控制軟件架構
亮度感應自動控制的軟件架構主要包含亮度數據采集、實時監(jiān)測技術、自動校正算法和模擬遲滯比較算法。亮度數據采集是通過光感應器感應周圍環(huán)境的亮度，將亮度信號轉換為模擬電信號，再由ADC轉變?yōu)閿底中盘枺藬底中盘栐偎偷揭壕щ娨暤腃PU進行處理。通過亮度數據采集到的數字信號，送到CPU進行自動校正算法處理；然后再進行模擬遲滯比較算法得到穩(wěn)定的PWM信號；由控制背光亮度模塊控制液晶面板的背光。如圖2所示。
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4．2 自動校正算法
亮度感應自動控制的自動校正算法的步驟：首先設定采集亮度數據的時間間隔以及設定采樣次數；當時間間隔定時到時，讀取光感應器亮度的數據；當采樣次數到達預設次數后，輸出穩(wěn)定的亮度；再由CPU輸出穩(wěn)定的PWM，去控制液晶面板的背光。設定采集亮度數據時間間隔201是初始化每次采集光感應器亮度的時間。時間定時到202是達到可以去采集光感應器亮度的時間。采集亮度數據203是CPU讀取光感應器亮度數據通過ADC的數字信號的數值。到達采樣次數204是到達采集亮度數據都一樣的次數，表示環(huán)境亮度已經穩(wěn)定，不再變化。輸出穩(wěn)定的亮度205是CPU輸出穩(wěn)定的PWM去控制液晶面板的背光。如圖3亮度感應自動控制的自動校正算法的工作流程所示。
4．3 模擬遲滯比較算法
模擬遲滯比較算法與普通的自動感應亮度控制的一個閾值電壓不同，設定了兩個閾值電壓，分別稱為正向閾值電壓和負向閾值電壓。在環(huán)境亮度輸入信號從低電平(暗)上升到高電平(亮)的過程中使PWM電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為正向閾值電壓，在輸入信號從高電平(亮)下降到低電平(暗)的過程中使PWM電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為負向閾值電壓。
亮度感應自動控制的模擬遲滯比較算法將PWM的背光控制分成五段，四個模擬遲滯比較算法控制。每個模擬遲滯比較器有兩個閾值ADC值，分別稱為正向閾值ADC和負向閾值ADC。在環(huán)境亮度輸入信號從低電平(暗)上升到高電平(亮)的過程中使PWM電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入ADC稱為正向閾值ADC，在輸入信號從高電平(亮)下降到低電平(暗)的過程中使PWM電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入ADC稱為負向閾值ADC。例如ADC2是正向閾值ADC，ADC1是負向閾值ADC，在環(huán)境亮度輸入信號從ADCI低電平(暗)上升到ADC2高電平(亮)的過程中，使PWM狀態(tài)由PWN5轉變?yōu)镻WM4；在環(huán)境亮度輸入信號從ADC2高電平(亮)下降到ADC1低電平(暗)的過程中，使PWM狀態(tài)由PWN4轉變?yōu)镻WM5。這樣設計成阻止環(huán)境亮度輸入信號出現微小變化(低于某一閾值ADC)而引起輸出PWM的改變，確保穩(wěn)定的液晶面板背光控制。如圖4亮度感應自動控制的模擬遲滯比較算法的曲線圖所示。
5 結束語
本設計實現了亮度感應自動控制，分為亮度數據采集、自動校正算法、模擬遲滯比較算法、控制背光亮度模塊。通過多次采樣自動校正算法，得到穩(wěn)定的亮度控制信號。提出軟體模擬遲滯比較算法模型，避免由于環(huán)境亮度出現微小變化而引起畫面亮度忽亮忽暗的變化，為液晶電視的亮度感應處理提供了一個理想的解決方案。
