CN110979170A - 一种汽车仪表背光调节系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车仪表背光调节系统及方法，包括仪表主控MCU、光照传感器、时钟单元、网络通讯单元、调光驱动单片机、LED驱动阵列；所述光照传感器与仪表主控MCU通信连接，所述时钟单元与仪表主控MCU交互式相连接；所述仪表主控MCU分别与调光驱动单片机、网络通讯单元进行交互式相连接；所述LED驱动陈列与调光驱动单片机相连接；本发明是以仪表主控MUC为核心单元,通过获取外部光照度,车速,及日历信号,并根据不同的时间,车速,光照场景,动态的调节背光的亮度及色度,烘托出不同的车内氛围,还可以通过外部按键人工切换到驾驶员喜欢的背光亮度、彩色背光存保存下来，营造驾驶员舒适的车内驾驶环境。

Description

一种汽车仪表背光调节系统及方法

技术领域

本发明属于汽车仪表控制领域，涉及汽车仪表背光调节技术，具体是一种汽车仪表背光调节系统及方法。

背景技术

汽车仪表主要用来实时提供汽车运行状况和车辆实时信息的重要部件，是车辆的人机交互接口，在外部光线较暗或夜间行车过程中显示汽车行驶信息时，需要开启仪表背光灯，提供必要的背景照明，方便驾驶员随时查看仪表的状态信息。

由于汽车需要在各种环境光条件下均具有完美的背光照明，白天，用户需要将亮度加到最大，达到最好的可视效果。但是当周围环境变暗，这种亮度在晚间就显得太亮了，仪表背光打开后，会与仪表强背光形成对比，强背光很容易刺眼，影响驾驶环境，亮度变弱时，在强光背景下驾驶员不易查看信表信息。同时，在采用调光器调节仪表背光照明时，由于是调光器改变的是供电回路输出电压，电压信号直接调节背光，改变了发光管的工作电流，会对LED的使用寿命产生影响，当输出电压不稳定时，会造成背光不足或背光闪烁。

随着汽车工业的不断发展，汽车的仪表越来越运动化、智能化、人性化，汽车仪表除了必须具备传统功能外，越来越多的被赋予了更多的要求，如美观、与整车风格协调、功能人性化。来满足不同驾驶者对汽车仪表的需求，更彰显运动与科技的结合，仪表的功能也从实用开始走向时尚、炫目,多种造型设计及颜色搭配，张扬的造型，激发驾驶员的驾驶乐趣。人们对仪表的背光要求不仅仅是夜间驾驶需要背光照明，同时也需要美观、时尚、动感、活泼，让车主享受更好的驾驶体验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车仪表背光调节系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种汽车仪表背光调节系统，包括仪表主控MCU、光照传感器、时钟单元、网络通讯单元、调光驱动单片机、LED驱动阵列；

其中，所述光照传感器与仪表主控MCU通信连接，所述时钟单元与仪表主控MCU交互式相连接；所述仪表主控MCU分别与调光驱动单片机、网络通讯单元进行交互式相连接；所述LED驱动陈列与调光驱动单片机相连接；

所述光照传感器用于将光照度信息传输到仪表主控MCU，所述仪表主控MCU接收到光照传感器传输的光照度信息，并在检测到光照度信息降低且低于第一设定值时，输出背光开启信号；

仪表主控MCU通过外部接口采集获取到当前的时间值；通过公历转农历转换程序，并从中获取农历节假日信息和公历节假日信息，仪表主控MCU还用于获取当前车速信号，并根据车速信号自动调节背光的亮度及背景光的颜色变化形成控制输出指令；所述仪表主控MCU用于将控制输出指令传输到调光驱动单片机；

所述的网络通讯单元与仪表主控MCU交互式相连接，仪表主控MCU通过网络通讯单元读取当前车速信号和按键信号；

调光驱动单片机通过串行接口与仪表主控MCU相连接，当调光驱动单片机接收到仪表主控MCU的控制输出指令时，调光驱动单片机根据仪表主控MCU的控制要求开启背光、调光输出电路，及背光亮度和调光色度的要求，进行输出和亮度、色度调节。

进一步地，所述的光照传感器将外部环境光的光照强度转换为电信号，并将其传送给仪表主控MCU，由仪表主控MCU进行采样，得到当前的光照度信息。

进一步地，所述时钟单元与仪表主控MCU交互式相连接，由仪表主控MCU通过外部接口采集到当前的时间值；同时仪表主控MCU通过公历转农历转换程序，并从中获取农历节假日信息和公历节假日信息。

进一步地，所述的调光驱动单片机通过串行接口与仪表主控MCU相连接，所述的LED驱动阵列与调光驱动单片机相连接，由调光驱动单片机输出控制信号，驱动三组LED驱动阵列输出；所述的LED驱动阵列包括固定背光输出和调光输出两部分，由调光驱动单片机分别控制；所述LED驱动阵列包括LED1、LED2和LED3；

一种汽车仪表背光调节方法，该方法包括下述步骤：

步骤一：利用光照传感器获取到光照度信息，并将光照度信息输出到仪表主控MCU，仪表主控MCU会根据光照度信息的具体值变化或跳变判断车辆所处的光照环境场景；

步骤二：利用仪表主控MUC通过外接的时钟单元，获取当前的时间值；并通过仪表主控MCU内部的公历转农历转换程序，并从中获取到假日信息，假日信息具体为农历节假日信息和公历节假日信息，若当天为假日时则产生进入假日驾驶场景信号；

步骤三：仪表主控MCU还通过CAN网络通讯单元读取当前车速信号；并自动根据当前车速的变化，微调背光，当速度增加时，其背光颜色相应的警示颜色增强，具体表现为在速度增加到一定值时，产生高速警示信号，此时通过调光驱动单片机控制LED驱动阵列进行高速警示调控，具体调控过程如下：

S10：仪表主控MCU通过CAN总线接口读取当前车速；

S20：并将其分为40,60,80,100,120五个等级车速，处理每个车速等级下，其背光颜色为预设颜色，当速度增加，对应等级车速的背光颜色相应的警示颜色增强；

S30：并通过串行通讯接口将色度调光信号传送给调光驱动单片机，调光驱动单片机控制PA0、PA1、PA2、PA3四个端口输出，通过改变其输出频率和占空比，调整到相应的背景色叠加到固定背光色上；

步骤四：当仪表主控MCU检测到光照度变低到设定的值时，输出背光开启信号；仪表主控MCU还用于根据外部输入键值调用对应预设的驾驶场景驱动形成控制信息，控制信息为对应预设的驾驶场景的调光信号和调光色度信号；

由仪表主控MCU的串行通讯接口，将控制信息以协议方式发送给调光驱动单片机，借助调光驱动单片机控制LED驱动阵列。

进一步地，步骤二中产生假日信号时，则仪表主控MCU在输出背光开启信号的同时，输出假日调控信息到调光驱动单片机，假日调控信息为预先设定好的调光信号和调光色度信号；否则只开启固定背光信号及车速背光亮度信号；

调光驱动单片机根据仪表主控MCU的控制要求利用LED驱动阵列开启背光、调光输出电路，及背光亮度和调光色度的要求，进行输出和亮度，色度调节。

进一步地，步骤四中调光驱动单片机控制LED驱动阵列的具体方式为：

S1：调光驱动单片机与LED驱动阵列通过三极管T1-T4进行控制，LED驱动阵列包括LED1、LED2和LED3；

S2：其中固定光光源LED3由三极管T4独立进行控制，当外部环境光照度降低后，调光控制单片机接收到输出指令后，调光驱动单片机PA4引脚输出一个PWM方波，三极管T4导通，LED陈列LED3有电流流过，仪表背光点亮；

S3：当外部环境光强变化时，仪表主控MCU发送指令以调光驱动单片机，通过改变PA4的输出占空比，使流过LED3的电流发生变化，从而改变仪表背光亮度。

进一步地，步骤一中光照环境场景包括白天、黄昏、夜晚、隧道和车库，具体判定方法为：

若光照度信息大于第一预设值时，则判定此时光照环境场景为白天；

若光照度信息低于第二预设值时，则判定此时光照环境场景为黄昏；

若光照度信息低于第三预设值时，则判定此时光照环境场景为夜晚；

若光照度信息初始时大于第一预设值，且光照度信息在预设时间一内降低到低于第二预设值时，则判定此时光照环境场景为隧道；若之后光照度信息在预设时间二内没回升到大于第一预设值，则判定此时光照环境场景为车库。

本发明的有益效果：

本发明是以仪表主控MUC为核心单元,通过获取外部光照度,车速,及日历信号,并根据不同的时间,车速,光照场景,动态的调节背光的亮度及色度,烘托出不同的车内氛围,还可以通过外部按键人工切换到驾驶员喜欢的背光亮度、彩色背光存保存下来，营造驾驶员舒适的车内驾驶环境，让车主享受更好的驾驶感受。由于采用光照传感器，在外部环境光变暗或车辆进入隧道时，无需驾驶员开灯，系统会在自动检测到光照度变低后，开启灯光系统及仪表背光。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明是本发明的系统框图；

图2是本发明的调光单片机与LED阵列示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种汽车仪表背光调节系统，包括仪表主控MCU、光照传感器、时钟单元、网络通讯单元、调光驱动单片机、LED驱动阵列；

其中，所述光照传感器与仪表主控MCU通信连接，所述时钟单元与仪表主控MCU交互式相连接；所述仪表主控MCU分别与调光驱动单片机、网络通讯单元进行交互式相连接；所述LED驱动陈列与调光驱动单片机相连接；

所述光照传感器用于将光照度信息传输到仪表主控MCU，所述仪表主控MCU接收到光照传感器传输的光照度信息，并在检测到光照度信息降低且低于第一设定值时，输出背光开启信号；

仪表主控MCU通过外部接口采集获取到当前的时间值；通过公历转农历转换程序，并从中获取农历节假日信息和公历节假日信息，仪表主控MCU还用于获取当前车速信号，并根据车速信号自动调节背光的亮度及背景光的颜色变化形成控制输出指令；所述仪表主控MCU用于将控制输出指令传输到调光驱动单片机；

所述的网络通讯单元与仪表主控MCU交互式相连接，仪表主控MCU通过网络通讯单元读取当前车速信号和按键信号；

调光驱动单片机通过串行接口与仪表主控MCU相连接，当调光驱动单片机接收到仪表主控MCU的控制输出指令时，调光驱动单片机根据仪表主控MCU的控制要求开启背光、调光输出电路，及背光亮度和调光色度的要求，进行输出和亮度、色度调节。

所述的光照传感器将外部环境光的光照强度转换为电信号，并将其传送给仪表主控MCU，由仪表主控MCU进行采样，得到当前的光照度信息。

所述时钟单元与仪表主控MCU交互式相连接，由仪表主控MCU通过外部接口采集到当前的时间值；同时仪表主控MCU通过公历转农历转换程序，并从中获取农历节假日信息和公历节假日信息。

所述的调光驱动单片机通过串行接口与仪表主控MCU相连接，所述的LED驱动阵列与调光驱动单片机相连接，由调光驱动单片机输出控制信号，驱动三组LED驱动阵列输出；所述的LED驱动阵列包括固定背光输出和调光输出两部分，由调光驱动单片机分别控制；所述LED驱动阵列包括LED1、LED2和LED3；

一种汽车仪表背光调节方法，该方法包括下述步骤：

步骤一：利用光照传感器获取到光照度信息，并将光照度信息输出到仪表主控MCU，仪表主控MCU会根据光照度信息的具体值变化或跳变判断车辆所处的光照环境场景；

步骤二：利用仪表主控MUC通过外接的时钟单元，获取当前的时间值；并通过仪表主控MCU内部的公历转农历转换程序，并从中获取到假日信息，假日信息具体为农历节假日信息和公历节假日信息，若当天为假日时则产生进入假日驾驶场景信号；

步骤三：当驾驶员高速驾驶车辆时，其危险系数增加，为了在驾驶员高速驾驶车辆时，提醒驾驶员注意行车安全，仪表主控MCU还通过CAN网络通讯单元读取当前车速信号；并自动根据当前车速的变化，微调背光，当速度增加了，其背光颜色相应的警示颜色增强，即具体表现为在速度增加到一定值时，产生高速警示信号，此时通过调光驱动单片机控制LED驱动阵列进行高速警示调控，具体调控过程如下：

S10：仪表主控MCU通过CAN总线接口读取当前车速；

S20：并将其分为40,60,80,100,120五个等级车速，处理每个车速等级下，其背光颜色为预设颜色，当速度增加，对应等级车速的背光颜色相应的警示颜色增强；

S30：并通过串行通讯接口将色度调光信号传送给调光驱动单片机，调光驱动单片机控制PA0、PA1、PA2、PA3四个端口输出，通过改变其输出频率和占空比，调整到相应的背景色叠加到固定背光色上；

步骤四：正常行车的情况下，当仪表主控MCU检测到光照度变低到设定的值时，输出背光开启信号；仪表主控MCU还用于根据外部输入键值调用对应预设的驾驶场景驱动形成控制信息，控制信息为对应预设的驾驶场景的调光信号和调光色度信号；

由仪表主控MCU的串行通讯接口，将控制信息以协议方式发送给调光驱动单片机，借助调光驱动单片机控制LED驱动阵列；

其中，步骤二中产生假日信号时，则仪表主控MCU在输出背光开启信号的同时，输出假日调控信息到调光驱动单片机，假日调控信息为预先设定好的调光信号和调光色度信号；否则只开启固定背光信号及车速背光亮度信号；

调光驱动单片机根据仪表主控MCU的控制要求利用LED驱动阵列开启背光、调光输出电路，及背光亮度和调光色度的要求，进行输出和亮度，色度调节。

其中，如图2所示，步骤四中调光驱动单片机控制LED驱动阵列的具体方式为：

S1：调光驱动单片机与LED驱动阵列通过三极管T1-T4进行控制，LED驱动阵列包括LED1、LED2和LED3；

S2：其中固定光光源LED3由三极管T4独立进行控制，当外部环境光照度降低后，调光控制单片机接收到输出指令后，调光驱动单片机PA4引脚输出一个PWM方波，三极管T4导通，LED陈列LED3有电流流过，仪表背光点亮；

S3：当外部环境光强变化时，仪表主控MCU发送指令以调光驱动单片机，通过改变PA4的输出占空比，使流过LED3的电流发生变化，从而改变仪表背光亮度；

其中，步骤一中光照环境场景包括白天、黄昏、夜晚、隧道和车库，具体判定方法为：

若光照度信息大于第一预设值时，则判定此时光照环境场景为白天；

若光照度信息低于第二预设值时，则判定此时光照环境场景为黄昏；

若光照度信息低于第三预设值时，则判定此时光照环境场景为夜晚；

若光照度信息初始时大于第一预设值，且光照度信息在预设时间一内降低到低于第二预设值时，则判定此时光照环境场景为隧道；若之后光照度信息在预设时间二内没回升到大于第一预设值，则判定此时光照环境场景为车库。

本发明的工作原理：

光传感器主要由光敏元件组成，它将外部环境的光强度变化转化为一个模拟电信号，输出到仪表主控MCU，仪表主控MCU会根据光照传感器在各种环境光条件下输出值，从而根据当前的光照值变化或跳变判断车辆所处的光照环境(白天、黄昏、夜晚、隧道、车库等)场景。

为了在周末或节假日等时间段，为驾驶员营造一个轻松，体闲，愉悦的驾驶场景，仪表主控MUC通过外接的时钟单元，获取当前的时间值。并通过仪表主控MCU内部的公历转农历转换程序，并从中获取农历节假日信息和公历节假日信息。

当驾驶员高速驾驶车辆时，其危险系数增加，为了在驾驶员高速驾驶车辆时，提醒驾驶员注意行车安全，仪表主控MCU还通过CAN网络通讯单元读取当前车速信号。并自动根据当前车速的变化，微调背光，当速度增加了，其背光颜色相应的警示颜色增强，提醒驾驶员安全驾驶。

正常行车的情况下，当仪表主控MCU检测到光照度变低到设定的值时，输出背光开启信号，并根据当前日期及车速、或外部输入键值调用不同驾驶场景驱动，由仪表主控MCU的串行通讯接口，将该控制信息，以协议方式发送给调光驱动单片机，如图2所示，调光控制的单片机与LED阵列LED1、LED2、LED3、通过三极管T1～T4进行控制，其中固定光光源LED3由三极管T4独立进行控制，当外部环境光照度降低后，调光控制单片机接收到输出指令后，调光驱动单片机PA4引脚输出一个PWM方波，三极管T4导通，LED陈列LED3有电流流过，仪表背光点亮，当外部环境光强变化时，仪表主控MCU发送指令以调光驱动单片机，通过改变PA4的输出占空比，使流过LED3的电流发生变化，从而改变仪表背光亮度。

当驾驶员高速驾驶车辆时，仪表通过CAN总线接口读取当前车速，并将其分为40,60,80,100,120五个等级车速，处理每个车速等级下，其背光颜色各不相同，当速度增加，其背光颜色相应的警示颜色增强，并通过串行通讯接口将色度调光信号传送给调光驱动单片机，调光驱动单片机控制PA0、PA1、PA2、PA3四个端口输出，通过改变其输出频率和占空比，调整到相应的背景色叠加到固定背光色上。

如果当日为公历或农历节假日，则在仪表主控MCU在输出背光开启信号的同时，输出调光信号和调光色度信号。反之只开启固定背光信号及车速背光亮度信号。调光驱动单片机根据仪表主控MCU的控制要求开启背光、调光输出电路，及背光亮度和调光色度的要求，进行输出和亮度，色度调节。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种汽车仪表背光调节系统，其特征在于，包括仪表主控MCU、光照传感器、时钟单元、网络通讯单元、调光驱动单片机、LED驱动阵列；

其中，所述光照传感器与仪表主控MCU通信连接，所述时钟单元与仪表主控MCU交互式相连接；所述仪表主控MCU分别与调光驱动单片机、网络通讯单元进行交互式相连接；所述LED驱动陈列与调光驱动单片机相连接；

所述光照传感器用于将光照度信息传输到仪表主控MCU，所述仪表主控MCU接收到光照传感器传输的光照度信息，并在检测到光照度信息降低且低于第一设定值时，输出背光开启信号；

仪表主控MCU通过外部接口采集获取到当前的时间值；通过公历转农历转换程序，并从中获取农历节假日信息和公历节假日信息，仪表主控MCU还用于获取当前车速信号，并根据车速信号自动调节背光的亮度及背景光的颜色变化形成控制输出指令；所述仪表主控MCU用于将控制输出指令传输到调光驱动单片机；

所述的网络通讯单元与仪表主控MCU交互式相连接，仪表主控MCU通过网络通讯单元读取当前车速信号和按键信号；

调光驱动单片机通过串行接口与仪表主控MCU相连接，当调光驱动单片机接收到仪表主控MCU的控制输出指令时，调光驱动单片机根据仪表主控MCU的控制要求开启背光、调光输出电路，及背光亮度和调光色度的要求，进行输出和亮度、色度调节。

2.根据权利要求1所述的一种汽车仪表背光调节系统，其特征在于，所述的光照传感器将外部环境光的光照强度转换为电信号，并将其传送给仪表主控MCU，由仪表主控MCU进行采样，得到当前的光照度信息。

3.根据权利要求1所述的一种汽车仪表背光调节系统，其特征在于，所述时钟单元与仪表主控MCU交互式相连接，由仪表主控MCU通过外部接口采集到当前的时间值；同时仪表主控MCU通过公历转农历转换程序，并从中获取农历节假日信息和公历节假日信息。

4.根据权利要求1所述的一种汽车仪表背光调节系统，其特征在于，所述的调光驱动单片机通过串行接口与仪表主控MCU相连接，所述的LED驱动阵列与调光驱动单片机相连接，由调光驱动单片机输出控制信号，驱动三组LED驱动阵列输出；所述的LED驱动阵列包括固定背光输出和调光输出两部分，由调光驱动单片机分别控制；所述LED驱动阵列包括LED1、LED2和LED3。

5.根据权利要求1所述的一种汽车仪表背光调节方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

步骤一：利用光照传感器获取到光照度信息，并将光照度信息输出到仪表主控MCU，仪表主控MCU会根据光照度信息的具体值变化或跳变判断车辆所处的光照环境场景；

步骤二：利用仪表主控MUC通过外接的时钟单元，获取当前的时间值；并通过仪表主控MCU内部的公历转农历转换程序，并从中获取到假日信息，假日信息具体为农历节假日信息和公历节假日信息，若当天为假日时则产生进入假日驾驶场景信号；

步骤三：仪表主控MCU还通过CAN网络通讯单元读取当前车速信号；并自动根据当前车速的变化，微调背光，当速度增加时，其背光颜色相应的警示颜色增强，具体表现为在速度增加到一定值时，产生高速警示信号，此时通过调光驱动单片机控制LED驱动阵列进行高速警示调控，具体调控过程如下：

S10：仪表主控MCU通过CAN总线接口读取当前车速；

S20：并将其分为40,60,80,100,120五个等级车速，处理每个车速等级下，其背光颜色为预设颜色，当速度增加，对应等级车速的背光颜色相应的警示颜色增强；

S30：并通过串行通讯接口将色度调光信号传送给调光驱动单片机，调光驱动单片机控制PA0、PA1、PA2、PA3四个端口输出，通过改变其输出频率和占空比，调整到相应的背景色叠加到固定背光色上；

步骤四：当仪表主控MCU检测到光照度变低到设定的值时，输出背光开启信号；仪表主控MCU还用于根据外部输入键值调用对应预设的驾驶场景驱动形成控制信息，控制信息为对应预设的驾驶场景的调光信号和调光色度信号；

由仪表主控MCU的串行通讯接口，将控制信息以协议方式发送给调光驱动单片机，借助调光驱动单片机控制LED驱动阵列。

6.根据权利要求5所述的一种汽车仪表背光调节方法，其特征在于，步骤二中产生假日信号时，则仪表主控MCU在输出背光开启信号的同时，输出假日调控信息到调光驱动单片机，假日调控信息为预先设定好的调光信号和调光色度信号；否则只开启固定背光信号及车速背光亮度信号；

调光驱动单片机根据仪表主控MCU的控制要求利用LED驱动阵列开启背光、调光输出电路，及背光亮度和调光色度的要求，进行输出和亮度，色度调节。

7.根据权利要求5所述的一种汽车仪表背光调节方法，其特征在于，步骤四中调光驱动单片机控制LED驱动阵列的具体方式为：

S1：调光驱动单片机与LED驱动阵列通过三极管T1-T4进行控制，LED驱动阵列包括LED1、LED2和LED3；

S2：其中固定光光源LED3由三极管T4独立进行控制，当外部环境光照度降低后，调光控制单片机接收到输出指令后，调光驱动单片机PA4引脚输出一个PWM方波，三极管T4导通，LED陈列LED3有电流流过，仪表背光点亮；

S3：当外部环境光强变化时，仪表主控MCU发送指令以调光驱动单片机，通过改变PA4的输出占空比，使流过LED3的电流发生变化，从而改变仪表背光亮度。

8.根据权利要求5所述的一种汽车仪表背光调节方法，其特征在于，步骤一中光照环境场景包括白天、黄昏、夜晚、隧道和车库，具体判定方法为：

若光照度信息大于第一预设值时，则判定此时光照环境场景为白天；

若光照度信息低于第二预设值时，则判定此时光照环境场景为黄昏；

若光照度信息低于第三预设值时，则判定此时光照环境场景为夜晚；

若光照度信息初始时大于第一预设值，且光照度信息在预设时间一内降低到低于第二预设值时，则判定此时光照环境场景为隧道；若之后光照度信息在预设时间二内没回升到大于第一预设值，则判定此时光照环境场景为车库。

Images