CN105047178B - 基于超声检测及亮度同步跟踪的显示屏节电装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超声检测及亮度同步跟踪的显示屏节电装置及方法，包括：控制模块，其与显示屏相连；感光模块，其用于检测外界环境光强信号并反馈至控制模块；超声波测距模块，其用于检测用户与显示屏之间的距离并反馈至控制模块，控制模块根据获取的用户与显示屏之间的距离以及外界环境光强信号来递进式控制显示屏的亮度；电源模块，其用于为所述显示屏节电装置供电。

Description

基于超声检测及亮度同步跟踪的显示屏节电装置及方法

技术领域

本发明涉及显示屏领域，尤其涉及一种基于超声检测及亮度同步跟踪的显示屏节电装置及方法。

背景技术

能源是人类赖以生存的基础。我国是目前世界上最大的能源生产国和消费国之一，能源需求以前所未有的、远高于GDP增长的速率急剧增加，能源供需正面临着严峻挑战。当前一些便民设施，如：24小时ATM机、自动售票机、自动售货机等，其显示屏长期处于工作状态，这就使得在无人使用时造成了相当大的能源浪费。而目前国内外有关ATM机的研究多基于用户界面可行性，在ATM机节能方面的研究实在少见。

中国日报网站2012年发表新闻称，中国人民银行南京分行货币金银处公布，据不完全统计，中国自动柜员机的总量已超过了27.1万台。近几年来，中国经济发展飞速，ATM机数量更是翻倍增长。以江苏省近三万台ATM机为例，全省一年耗电92万kWh，折合标准煤三千多吨。

目前，缺乏一种显示屏有人使用时开启，无人使用时经智能延时关断，并反馈设施利用情况；同时，显示屏亮度追踪环境亮度同步调节，与显示屏的开断控制相综合，最终可达到节电目的的显示屏节电装置。

发明内容

为了解决现有技术的缺点，本发明提供了一种基于超声检测及亮度同步跟踪的显示屏节电装置及方法，该装置通过将用户与显示屏的距离与外界环境光强信号来递进式控制显示屏的亮度，达到节省显示屏电能的目的。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于超声检测及亮度同步跟踪的显示屏节电装置，包括：

控制模块，其与显示屏相连；

感光模块，其用于检测外界环境光强信号并反馈至控制模块；

超声波测距模块，其用于检测用户与显示屏之间的距离并反馈至控制模块，控制模块根据获取的用户与显示屏之间的距离以及外界环境光强信号来递进式控制显示屏的亮度；

电源模块，其用于为所述显示屏节电装置供电。

所述显示屏节电装置，包括用于测量显示屏的电能使用量的电能计量模块，其输入端与电源模块相连，输出端与显示屏相连。

所述显示屏节电装置，包括显示屏状态反馈模块，其与控制模块相连，用于反馈显示屏使用的时长状态。

所述超声波测距模块，包括超声波发射电路，其用于向外界环境发射超声波信号；

超声波接收电路，其用于接收超声波发射电路发射的超声波信号，经障碍物反射回来的超声波信号；

所述超声波发射电路和超声波接收电路均与控制模块相连。

所述超声波发射电路，包括隔离电路，其用于消除接收到的控制模块发出的控制信号中的噪声信号，并将去噪后的控制信号传送至驱动电路；

驱动电路，其用于驱动发射电路产生预设频率和幅值的超声波信号；

发射电路，其用于产生预设频率和幅值的超声波信号，并将所产生的超声波经匹配网络电路传送至超声波探头，最后经超声波探头发射至外界环境。

所述超声波接收电路，包括超声波接收探头，其用于接收经障碍物反射回来的超声波信号；

信号处理电路，其用于放大和变换超声波接收探头接收的超声波信号并反馈至控制模块。

所述显示屏状态反馈模块，为LED显示屏或发光二极管。

所述发光二极管，包括用于反馈显示屏使用不同时间的绿光发光二极管、黄光发光二极管和红光发光二极管。

一种基于超声检测及亮度同步跟踪的显示屏节电装置的节电方法，包括：

预设超声波测距模块的最远检测距离阈值和最近检测距离阈值以及控制器模块调节显示屏亮度的光强阈值：

超声波测距模块将检测的用户与显示屏的距离传送至控制模块，控制模块通过比较用户与显示屏的距离与超声波测距模块的最远检测距离阈值以及最近检测距离阈值，进行递进式控制显示屏的开启状态；

若显示屏处于开启状态，则感光模块检测显示屏外界环境的光强信号并反馈至控制模块，当Q＞Q₀时，控制模块调节显示屏的亮度减弱；当Q＜Q₀时，控制模块调节显示屏的亮度增强；当Q＝Q₀时，控制模块调节显示屏的亮度不变，其中，Q₀为控制器模块调节显示屏亮度的光强阈值，Q为感光模块检测显示屏外界环境的光强信号。

超声波测距模块的最远检测距离阈值为h_max，最近检测距离阈值为h_min：

当超声波测距模块将检测的用户与显示屏的距离h＞h_max时，控制模块发出关闭显示屏的信号，此时关闭显示屏；

当超声波测距模块检测用户与显示屏的距离h从h_max向h_min变化时，当h＝h_max时，控制模块发出启动显示屏的信号，此时启动显示屏；当h＜h_min时，控制模块发出保持显示屏亮的信号，此时显示屏常亮。

本发明的有益效果为：

(1)本发明中的超声波测距模块实时检测的用户与显示屏的距离，并将该检测到的距离与超声波测距模块的最远检测距离阈值以及最近检测距离阈值，进行递进式控制显示屏的开启状态，这样可以通过控制显示屏的亮灭来节省电能；

(2)本发明还通过感光模块检测显示屏外界环境的光强信号，并将该检测到的光强信号与控制器模块调节显示屏亮度的光强阈值进行比较，进一步调节显示屏的亮度，最终达到节省电能的目的；

(3)本发明的节电装置还包括用于测量显示屏的电能使用量的电能计量模块，电能计量模块可以采集显示屏的电能，以数字形式检测显示屏消耗的电能，便于节电装置的控制方法的调整；

(4)本发明的显示屏节电装置还包括显示屏状态反馈模块，显示屏状态反馈模块用来反馈显示屏使用的时长状态，对于不同地点显示屏使用的频率以及显示屏布局规划都起着重要作用。

附图说明

图1为本发明的显示屏节电装置的结构示意图；

图2为本发明的超声波发射电路结构示意图；

图3为本发明的超声波接收电路结构示意图；

图4为本发明的显示屏节电装置的节电方法流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例来说明本发明：

如图1所示，本发明的一种基于超声检测及亮度同步跟踪的显示屏节电装置，包括：

控制模块，其与显示屏相连；

感光模块，其用于检测外界环境光强信号并反馈至控制模块；

超声波测距模块，其用于检测用户与显示屏之间的距离并反馈至控制模块，控制模块根据获取的用户与显示屏之间的距离以及外界环境光强信号来递进式控制显示屏的亮度；

电源模块，其用于为所述显示屏节电装置供电。

为了结构设计精简，考虑到装置工作无需过高运行速度，本发明的控制模块选用成本较为低廉的AT89S52作为主控制芯片；感光模块采用数字光强度模块GY-30，其测量精度高，可感应的光谱范围与人眼相近，且具有宽范围和高分解(1-65535克勒斯)测量范围等优点；感光模块用于检测环境光强并将所检测的光强信号反馈至控制模块。

超声波测距模块是一种可以实现电能和机械能相互转化的器件；在电脉冲激励下，超声波测距模块可将电能转换为机械能，向外发送超声波；当超声波测距模块处在接收状态时，又可将声机械能转换为电能。

感光模块采用数字光强度模块GY-30，其检测环境的光强，并控制显示屏亮度随环境光强同步变化，在夜间、雾霾天气、阴雨天气时自动调节亮度，最大限度降低能耗，同时提高服务质量。

进一步地，超声波测距模块，包括超声波发射电路，其用于向外界环境发射超声波信号；

超声波接收电路，其用于接收超声波发射电路发射的超声波信号，经障碍物反射回来的超声波信号；

超声波发射电路和超声波接收电路均与控制模块相连。

更进一步地，如图2所示，超声波发射电路，包括隔离电路，其用于消除接收到的控制模块发出的控制信号中的噪声信号，并将去噪后的控制信号传送至驱动电路；

驱动电路，其用于驱动发射电路产生预设频率和幅值的超声波信号；

发射电路，其用于产生预设频率和幅值的超声波信号，并将所产生的超声波经匹配网络电路传送至超声波探头，最后经超声波探头发射至外界环境。

如图3所示，超声波接收电路，包括超声波接收探头，其用于接收经障碍物反射回来的超声波信号；

信号处理电路，其用于放大和变换超声波接收探头接收的超声波信号并反馈至控制模块。

所述显示屏状态反馈模块，为LED显示屏或发光二极管。

进一步地，显示屏节电装置，包括用于测量显示屏的电能使用量的电能计量模块，其输入端与电源模块相连，输出端与显示屏相连。

进一步地，显示屏节电装置，包括显示屏状态反馈模块，其与控制模块相连，用于反馈显示屏使用的时长状态。

更进一步地，发光二极管，包括用于反馈显示屏使用不同时间的绿光发光二极管、黄光发光二极管和红光发光二极管。

如图4所示，本发明的基于超声检测及亮度同步跟踪的显示屏节电装置的节电方法，包括：

预设超声波测距模块的最远检测距离阈值和最近检测距离阈值以及控制器模块调节显示屏亮度的光强阈值：

超声波测距模块将检测的用户与显示屏的距离传送至控制模块，控制模块通过比较用户与显示屏的距离与超声波测距模块的最远检测距离阈值以及最近检测距离阈值，进行递进式控制显示屏的开启状态；

若显示屏处于开启状态，则感光模块检测显示屏外界环境的光强信号并反馈至控制模块，当Q＞Q₀时，控制模块调节显示屏的亮度减弱；当Q＜Q₀时，控制模块调节显示屏的亮度增强；当Q＝Q₀时，控制模块调节显示屏的亮度不变，其中，Q₀为控制器模块调节显示屏亮度的光强阈值，Q为感光模块检测显示屏外界环境的光强信号。

其中，超声波测距模块的最远检测距离阈值为h_max，最近检测距离阈值为h_min：

当超声波测距模块将检测的用户与显示屏的距离h＞h_max时，控制模块发出关闭显示屏的信号，此时关闭显示屏；

当超声波测距模块检测用户与显示屏的距离h从h_max向h_min变化时，当h＝h_max时，控制模块发出启动显示屏的信号，此时启动显示屏；当h＜h_min时，控制模块发出保持显示屏亮的信号，此时显示屏常亮。

本实施例以ATM机为例，显示屏状态反馈模块选用发光二极管，该节电装置的原理为：

(1)超声波测距模块测距原理

(1.1)选用超声测距技术，因其采用直线测距，装设在并排的设备上时，感应区不重叠，有效避免一人靠近多台点亮的情况，且精度高、抗干扰力强。

(1.2)为最大可能的排除非使用者对测距的干扰，设计多级式测距，分别为：一级测距：检测3m感应区内有无目标；二级测距：通过循环检测判断目标确在靠近，至0.5m点亮屏幕；三级测距：0.5m内循环检测确定用户仍在，保持屏幕常亮。

(2)控制模块的智能延时原理：

充分考虑使用高峰时用户排队等待的情况，设置智能延时功能：检测到某一时段使用者较多时，自动增加延时，避免显示屏频繁动作；检测到某一时段使用者较少时，自动缩短延时，使显示屏快速关断，减少屏幕不必要的等待。

(3)利用程度反馈原理：

考虑到商业安全问题，不便通过对银行卡插口进行来改造统计用户使用频率，故以智能延时中检测到的设备使用时间为依据，判断设备使用情况，并通过外设的红绿黄三灯反馈给管理人员，用以优化ATM机分布的参考建议。其中，

(3.1)一天中工作时长少于3h的亮红灯，提醒该设备利用程度不高，可考虑适当减少该地段ATM机数量；

(3.2)一天中工作时长在3h到8h之间的亮黄灯，表示该设备利用较为合理；

(3.3)一天中工作时长在8h及以上的亮绿灯，表示该设备利用充分，可能出现高峰期使用者排队情况，可酌情考虑增设ATM机，供管理人员在优化设备数量分布时进行参考。

(4)亮度跟踪控制原理：

对于本实施例中的超声测距模块，设定其感应区外围：拟定三级的两个阈值分别为最远距离阈值h_max为3.0m最近距离阈值h_min为0.5m；设定控制器模块调节显示屏亮度的光强阈值Q₀为200cd。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于超声检测及亮度同步跟踪的显示屏节电装置，其特征在于，包括：

控制模块，其与显示屏相连；

感光模块，其用于检测外界环境光强信号并反馈至控制模块；

超声波测距模块，其用于检测用户与显示屏之间的距离并反馈至控制模块，控制模块根据获取的用户与显示屏之间的距离以及外界环境光强信号来递进式控制显示屏的亮度；

电源模块，其用于为所述显示屏节电装置供电；

若显示屏处于开启状态，则感光模块检测显示屏外界环境的光强信号并反馈至控制模块，当Q＞Q₀时，控制模块调节显示屏的亮度减弱；当Q＜Q₀时，控制模块调节显示屏的亮度增强；当Q＝Q₀时，控制模块调节显示屏的亮度不变，其中，Q₀为控制器模块调节显示屏亮度的光强阈值，Q为感光模块检测显示屏外界环境的光强信号；

设超声波测距模块的最远检测距离阈值为h_max，最近检测距离阈值为h_min：

当超声波测距模块将检测的用户与显示屏的距离h＞h_max时，控制模块发出关闭显示屏的信号，此时关闭显示屏；

当超声波测距模块检测用户与显示屏的距离h从h_max向h_min变化时，当h＝h_max时，控制模块发出启动显示屏的信号，此时启动显示屏；当h＜h_min时，控制模块发出保持显示屏亮的信号，此时显示屏常亮。

2.如权利要求1所述的基于超声检测及亮度同步跟踪的显示屏节电装置，其特征在于，所述显示屏节电装置，包括用于测量显示屏的电能使用量的电能计量模块，其输入端与电源模块相连，输出端与显示屏相连。

3.如权利要求1所述的基于超声检测及亮度同步跟踪的显示屏节电装置，其特征在于，所述显示屏节电装置，包括显示屏状态反馈模块，其与控制模块相连，用于反馈显示屏使用的时长状态。

4.如权利要求1所述的基于超声检测及亮度同步跟踪的显示屏节电装置，其特征在于，所述超声波测距模块，包括超声波发射电路，其用于向外界环境发射超声波信号；

超声波接收电路，其用于接收超声波发射电路发射的超声波信号，经障碍物反射回来的超声波信号；

所述超声波发射电路和超声波接收电路均与控制模块相连。

5.如权利要求4所述的基于超声检测及亮度同步跟踪的显示屏节电装置，其特征在于，所述超声波发射电路，包括隔离电路，其用于消除接收到的控制模块发出的控制信号中的噪声信号，并将去噪后的控制信号传送至驱动电路；

驱动电路，其用于驱动发射电路产生预设频率和幅值的超声波信号；

发射电路，其用于产生预设频率和幅值的超声波信号，并将所产生的超声波经匹配网络电路传送至超声波探头，最后经超声波探头发射至外界环境。

6.如权利要求4所述的基于超声检测及亮度同步跟踪的显示屏节电装置，其特征在于，所述超声波接收电路，包括超声波接收探头，其用于接收经障碍物反射回来的超声波信号；

信号处理电路，其用于放大和变换超声波接收探头接收的超声波信号并反馈至控制模块。

7.如权利要求3所述的基于超声检测及亮度同步跟踪的显示屏节电装置，其特征在于，所述显示屏状态反馈模块，为LED显示屏或发光二极管。

8.如权利要求7所述的基于超声检测及亮度同步跟踪的显示屏节电装置，其特征在于，所述发光二极管，包括用于反馈显示屏使用不同时间的绿光发光二极管、黄光发光二极管和红光发光二极管。

9.一种基于如权利要求1所述的超声检测及亮度同步跟踪的显示屏节电装置的节电方法，其特征在于，包括：

预设超声波测距模块的最远检测距离阈值和最近检测距离阈值以及控制器模块调节显示屏亮度的光强阈值：

超声波测距模块将检测的用户与显示屏的距离传送至控制模块，控制模块通过比较用户与显示屏的距离与超声波测距模块的最远检测距离阈值以及最近检测距离阈值，进行递进式控制显示屏的开启状态；

若显示屏处于开启状态，则感光模块检测显示屏外界环境的光强信号并反馈至控制模块，当Q＞Q₀时，控制模块调节显示屏的亮度减弱；当Q＜Q₀时，控制模块调节显示屏的亮度增强；当Q＝Q₀时，控制模块调节显示屏的亮度不变，其中，Q₀为控制器模块调节显示屏亮度的光强阈值，Q为感光模块检测显示屏外界环境的光强信号。

10.如权利要求9所述的基于超声检测及亮度同步跟踪的显示屏节电装置的节电方法，其特征在于，超声波测距模块的最远检测距离阈值为h_max，最近检测距离阈值为h_min：

当超声波测距模块将检测的用户与显示屏的距离h＞h_max时，控制模块发出关闭显示屏的信号，此时关闭显示屏；

当超声波测距模块检测用户与显示屏的距离h从h_max向h_min变化时，当h＝h_max时，控制模块发出启动显示屏的信号，此时启动显示屏；当h＜h_min时，控制模块发出保持显示屏亮的信号，此时显示屏常亮。