CN111372357A - 户外信息显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种户外信息显示装置，包括：光检测模块，用于采集显示屏实际亮度以及其当前工作环境的光照度；控制模块，连接于光检测模块，控制模块，连接于光检测模块，用于根据环境的光照度计算显示屏的理论亮度，根据显示屏的实际亮度检测显示屏是否需要调整亮度；当显示屏进行调整亮度时，按照预设的红、绿、蓝三种颜色的亮度组合产生调节亮度的PWM信号；LED驱动模块，用于接收控制模块的PWM信号驱动与控制模块相连的显示屏的LED光源。采用环境光照度与显示屏亮度的三次函数关系调节显示屏亮度，克服了人眼视觉非线性效应所带来的影响，节约了用电量，提高了显示效果，保证了户外信息显示装置灯珠的使用寿命。

Description

户外信息显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种户外信息显示装置。

背景技术

现有的户外信息显示装置不具备自动亮度调节功能，不管外界亮度是否强烈，显示装置的显示屏的亮度保持不变，不仅浪费电量，影响观看效果；同时，也降低了显示装置内LED灯珠的使用寿命。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种户外信息显示装置，用于解决现有技术中应用在户外的户外信息显示装置不具备亮度自动调节功能，导致显示效果不佳，降低了LED使用寿命的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种户外信息显示装置，包括：

光检测模块，用于采集显示屏实际亮度以及其当前工作环境的光照度；

控制模块，连接于所述光检测模块，用于根据环境的所述光照度计算所述显示屏的理论亮度，根据所述显示屏的实际亮度检测所述显示屏是否需要调整亮度；当所述显示屏进行调整亮度时，按照预设的红、绿、蓝三种颜色的亮度组合产生调节亮度的PWM信号；

LED驱动模块，连接于所述控制模块，用于接收所述控制模块的PWM信号驱动与控制模块相连的显示屏的LED光源。

于本发明的一实施例中，所述控制模块按照以下公式调节环境光照度和显示屏亮度的对应关系：

y＝ax³+bx²+cx+d (1)

式(1)，环境光照度用x表示；显示屏亮度用y表示；d为环境光照度为零时显示屏的亮度；c参照自然界中普通物体在自然光照射下的亮度特性而设定；a和b是由于人眼视觉的非线性特性而对显示屏亮度的修正系数。

于本发明的一实施例中，所述LED驱动模块采用三通道大功率LED驱动芯片。

于本发明的一实施例中，所述户外信息显示装置包括：防拆传感器，其与所述控制模块相连，用于监测所述显示装置遭受外力破坏时产生拆卸状态信号至所述控制模块。

于本发明的一实施例中，所述户外信息显示装置包括：倾斜传感器，其与所述控制模块相连，用于采集所述显示装置的倾斜信息发送至控制模块。

于本发明的一实施例中，所述户外信息显示装置包括：报警模块，其与所述控制模块相连，用于根据所述控制模块的控制信号发出报警信息。

于本发明的一实施例中，所述户外信息显示装置包括：环境信息采集模块，用于采集当前的环境信息发送至控制模块控制的显示屏进行展示。

于本发明的一实施例中，所述环境信息包括当前空气PM2.5数据、湿度数据、温度数据、甲醛数据、甲烷数据、气压数据、噪声数据、辐射数据、一氧化碳数据与二氧化碳数据。

于本发明的一实施例中，所述户外信息显示装置包括：

通信模块，与所述控制模块相连，以连通外部网络，获取当前路段的交通数据；

交通指示灯，与所述控制模块相连，将当前路段所述交通数据以相应的交通指示灯颜色显示出当前路段的交通状况。

于本发明的一实施例中，所述户外信息显示装置包括：

数据接口模块，与所述控制模块相连，连接外部设备进行数据通信。

如上所述，本发明的户外信息显示装置，具有以下有益效果：

本发明中的户外信息显示装置由于设置有光检测模块实时检测当前环境光照度与显示屏的实际亮度，根据所述显示屏的实际亮度检测所述显示屏是否需要调整亮度；当所述显示屏进行调整亮度时，按照预设的红、绿、蓝三种颜色的亮度组合产生调节亮度的PWM信号控制LED驱动模块调节显示屏亮度，采用环境光照度与显示屏亮度的三次函数关系调节显示屏亮度，克服了人眼视觉非线性效应所带来的影响，节约了用电量，提高了显示效果，保证了户外信息显示装置灯珠的使用寿命。

附图说明

图1显示为本发明的户外信息显示装置结构框图；

图2显示为本发明的户外信息显示装置中控制模块电路图；

图3显示为本发明的户外信息显示装置中LED驱动模块电路图；

图4、图5分别为本发明的户外信息显示装置中光检测模块的电路图；

图6显示为本发明的户外信息显示装置一实施例结构框图；

图7显示为本发明的户外信息显示装置一实施例结构框图；

图8显示为本发明的户外信息显示装置另一实施例结构框图。

元件标号说明：

1 光检测模块

2 控制模块

3 LED驱动模块

4 显示屏

5 防拆传感器

6 倾斜传感器

7 报警模块

8 环境信息采集模块

9 通信模块

10 交通指示灯

11 数据接口模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1，本发明提供一种户外信息显示装置的结构框图，包括：

光检测模块1，用于采集显示屏实际亮度以及其当前工作环境的光照度；

其中，光检测模块可采用光敏二极管或光敏电阻来实现，由于一方面要采集环境光照度，另一方面要采集显示屏亮度，将检测的检测环境光照度和实际的显示屏亮度，分别将光照度和亮度的信号转化为红、绿、蓝三基色分量的电信号，并将这些电信号传送给控制模块。光检测模块优选采用两片美国TAOS公司生产的TCS3200传感器，该传感器可通过编程将采集到环境光的颜色信息转化为频率信号。芯片TCS3200内部集成了可配置的硅光电二极管阵列和电流转化为频率的转换器，输出的频率是与光强度成正比的方波，该方波的占空比为50％。用户可通过对引脚的设置，实现对红光、蓝光以及绿光输出的光强度进行控制。

控制模块2，连接于所述光检测模块，用于根据环境的所述光照度计算所述显示屏的理论亮度，根据所述显示屏的实际亮度检测所述显示屏是否需要调整亮度；当所述显示屏进行调整亮度时，按照预设的红、绿、蓝三种颜色的亮度组合产生调节显示亮度的PWM信号；

其中，所述控制模块按照以下公式调节环境光照度和显示屏亮度的对应关系：

y＝ax³+bx²+cx+d (1)

式(1)，环境光照度用x表示，显示屏亮度用y表示，d为环境光照度为零时显示屏的亮度，反应人在黑暗环境中能清楚地观察物体，物体应具有的亮度；c参照自然界中普通物体在自然光照射下的亮度特性而设定；根据强光下人眼视觉的非线性特性，以及黎明或黄昏时人眼视觉的非线性特性，引入两个非线性参数a和b，a和b是由于人眼视觉的非线性特性而对显示屏亮度的修正系数。

LED驱动模块3，连接于所述控制模块，用于接收所述控制模块的PWM信号驱动与控制模块相连的显示屏的LED光源。

其中，LED驱动模块接收控制模块传送的PWM信号来驱动LED光源。本电路中LED驱动模块所采用三通道大功率LED驱动芯片DD313，是专为大功率LED应用所设的恒流驱动芯片。其内设3个恒流输出通道，可通过3个外挂电阻分别设定输出电流大小，电流输出反应快，能应用于高色阶变化及高画面刷新率的场合。通过3个使能端ENR、ENG、ENB，可分别控制3路输出通道的开关时间，开关的切换频率可达1MHz，采用控制模块输出相应的PWM波来控制。同时，芯片可实现开路检测、过热断电及过电流保护功能。

在本实施例中，常规的显示装置的亮度自动调节功能是采用线性方程来表示环境光照度和显示屏亮度之间的关系，以此原理作为依据来调节显示装置的亮度。当环境光照度很强时，如果单纯地依照线性关系增加显示屏亮度，人眼会感到很不舒服；而在黎明或者黄昏时，人眼分辨物体是通过日间视觉和暗视觉共同起作用的，仅依据线性关系来调节显示屏亮度是不妥当的，而上述公式(1)给出了环境光照度与显示屏亮度的三次函数关系，可通过修改相关参数方式，有效解决人眼视觉非线性所带来的问题，克服了传统亮度自动调节功能所带来的弊端。

在上述实施例中，在环境光照度为x_t时，显示屏亮度为y_t，当用户对自动调节的显示屏亮度不满意时，人工调节显示屏亮度到y'_t，调用下式计算：

由公式(2)变换可得到：

n为大于1的常量，由用户根据使用环境确定，比较合适的取值范围是1.5～4.5；在出厂时需设定a_min、b_min、c_min、d_min的值；取a'和a_min两者中较大的值，作为调整后的a值存入电路中；取b'和b_min两者中较大的值，作为调整后的b值存入电路中；取c'和c_min两者中较大的值，作为调整后的c值存入电路中；取d'和d_min两者中较大的值，作为调整后的d值存入电路中；从而完成对环境光照度和显示屏亮度之间关系的修正；电路中a、b、c和d的初始值分别用as、bs、cs和ds表示，由系统设计者确定，用户不能修改，但可以通过人工调节使a、b、c和d值分别回到as、bs、cs和ds值。

用户可分别调节红、绿、蓝3种颜色，上述式(1)及式(3)～式(6)可被改写为：

y_i＝a_ix_i ³+b_ix² _i+c_ix_i+d_i (7)

其中，i值取1、2、3时分别表示红、绿、蓝3种颜色。

另外，除了提前预设红、绿、蓝的亮度，也可采用按键触发的方式进行实现，例如，使用按键SW1按下，选择当前手动调节的颜色为红色；按键SW2按下，选择当前手动调节的颜色为蓝色；按键SW3按下，选择当前手动调节的颜色为绿色；按键SW1和SW2同时按下，锁定当前关系式；按键SW2、SW3同时按下，让背光亮度回到出厂值；SW1、SW2、SW3同时按下，锁定当前背光亮度。按键SW4用于减小颜色值，即减小当前所选颜色的亮度，按键SW5用于增加亮度，即增加当前所选颜色的PWM信号的占空比。D1、D2、D3分别是红色、蓝色、绿色LED灯，它们是手动调节的指示灯，在手动调节某种颜色的亮度时，相应颜色的LED灯亮，若1s后未调节，则相应的灯熄灭。

当使用按键时，控制模块可选用单片机，其主要功能包括接收光检测模块和按键传送来的信号，发出控制信号，进行运算与判断，存储运算结果等。本电路中采用STC12C5630AD单片机，如图2所示，该单片机特点为：单时钟/机器周期(1T)、高速/低功耗、兼容8051内核单片机，内部集成MAX810专用复位电路，自带PWM(4位)/PCA(可编程计数器阵列)，用来实现4个定时器、D/A或外部中断。

该单片机产生PWM波的基本方法：将载波周期数值分别赋给PCA模块n的16位捕获/比较模块寄存器的高8位CCAPnH和低8位CCAPnL(n＝0、1、2、3，分别对应模块0、模块1、模块2和模块3)，PCA定时器高8位的值CH、低8位CL与模块捕获寄存器的值相比较，若两者相等，则产生PCA中断。

该户外信息显示装置显示屏对应的驱动电路图，参照图3至图5，详述如下：

如图3所示，LED驱动模块的驱动芯片DD313的REXTR、REXTB、REXTG引脚分别与R5、R6、R7相连接，R5、R6、R7分别决定DD313驱动红色、蓝色、绿色LED的电流值；DD313的ALARM引脚与单片机P0.2连接，可将开路检测、过热断电信号传送给单片机；DD313通过OUTR、OUTG、OUTB引脚分别给红色、绿色、蓝色LED(即，D1、D2、D3)提供电流，用于驱动LED。

如图4、5所示，两片TCS3200芯片相同功能的引脚S0与单片机P1.3电连接，S1与单片机P2.7电连接，实现单片机对S0、S1进行设置，选择输出比例因子；引脚S2、S3分别与单片机P1.1、P1.0端口电连接，通过对S2、S3进行设置选择测量的颜色；OUT引脚与单片机T1引脚电连接，实现单片机对TCS3200的输出信号进行计数。单片机通过引脚P0.3、P2.1分别控制两片TCS3200芯片的使能端EN，来选择需要工作的TCS3200芯片，分别启动采集环境光照度和背光亮度。

在图2中，单片机的引脚P2.2、P2.3、P3.0、INT0、INT1分别与按键SW1、SW2、SW3、SW4、SW5连接，用户可根据需要手动选择不同的按键，单片机通过接受不同组合按键的信号，控制驱动电路的工作状态。单片机的引脚P3.1、P0.0、P2.5分别与指示灯D1、D2、D3电连接，用于指示手动调节的颜色分量。

如图6所示，在上述实施例基础上，所述户外信息显示装置还包括：防拆传感器5，其与所述控制模块相连，用于监测所述显示装置遭受外力破坏时产生拆卸状态信号至所述控制模块，例如，该防拆传感器可采用霍尔传感器(如，纳安级磁组传感器SM353LT)，将其固定户外信息显示装置在不可拆卸的部件上，通过对霍尔传感器的电量变化比较分析，判断是否被外界拆卸，将产生的拆卸状态信号发送至控制模块，控制模块接收到外力作用导致的拆卸状态信号时，将其显示在显示屏上，同时，产生报警控制信号控制报警模块响起报警信息，避免显示屏被进一步破坏，也可以避免显示屏被非法盗取，保护显示屏的安全。

在上述实施例基础上，所述户外信息显示装置还包括：倾斜传感器6，其与所述控制模块相连，用于采集所述显示装置的倾斜信息发送至控制模块，例如，当显示装置在被非法搬移时，倾斜传感器必然会感应到显示屏发生剧烈的倾斜而产生倾斜信号，将倾斜信号发送至控制模块，控制模块产生报警控制信号控制报警模块响起报警信息。通过对外界遭遇的破坏立即报警功能，满足社会日益增长的功能需求。

在上述实施例基础上，所述户外信息显示装置包括：报警模块7，其与所述控制模块相连，用于根据所述控制模块的控制信号发出报警信息，该报警信息可为声光报警、语音报警、或报警铃声等。

如图7所示，在上述实施例中，所述户外信息显示装置包括：环境信息采集模块8，用于采集当前的环境信息发送至控制模块控制的显示屏进行展示。所述环境信息包括当前空气PM2.5数据、湿度数据、温度数据、甲醛数据、甲烷数据、气压数据、噪声数据、辐射数据、一氧化碳数据与二氧化碳数据。

具体地，现有的户外信息显示装置常用于广告投放，显示内容单一，仅具有广告功能，不仅造成广告投放效果不佳，而且造成显示资源浪费，因此，户外信息显示装置还包括环境信息采集模块，环境信息采集模块的输出端与控制模块的输入端连接，本实施例中，环境信息采集模块包括于采集空气中PM2.5数据的PM2.5传感器，用于采集空气湿度数据的湿度传感器，用于采集环境温度数据的温度传感器，用于采集环境中甲烷含量数据的甲烷传感器，用于采集环境中甲醛含量数据的甲醛传感器，用于采集环境气压数据的气压传感器，用于采集环境噪声数据的噪声传感器，用于采集环境辐射数据的辐射传感器，以及用于采集环境气体含量数据的气体传感器，如一氧化碳传感器、二氧化碳传感器，可以是上述多种传感器中的一种或几种。通过环境信息采集模块获取多种环境数据，并将其输入控制模块中，则控制模块可以控制显示屏进行显示，使得户外信息显示屏不仅具有广告投放功能，还具有公益环境数据显示功能，实现一物多用。

如图8所示，在上述实施例基础上，所述户外信息显示装置包括：

通信模块9，与所述控制模块2相连，以连通外部网络，获取当前路段的交通数据；

交通指示灯10(交通状况指示灯)，与所述控制模块2相连，将当前路段所述交通数据以相应的交通指示灯颜色显示出当前路段的交通状况。

具体地，户外信息显示装置还包括通信模块和交通状况指示灯，通信模块用于实现网络通讯，通信模块与控制模块连接，控制模块的输出端与交通状况指示灯的输入端连接，具体地，控制模块通过联网模块与远程交通状况服务器连接以获取交通状况数据，并根据交通状况控制交通状况指示灯显示相应的颜色以指示对应的交通状况，例如设置有红黄绿三种LED指示灯，当交通状况良好时，控制模块控制绿色LED指示灯亮起；反之，交通状况拥堵，则控制模块控制红色LED指示灯亮起；而交通状况一般时，控制模块控制黄色LED指示灯亮起。

如图8所示，在上述实施例基础上，所述户外信息显示装置包括：

数据接口模块11，与所述控制模块2相连，连接外部设备进行数据通信，该数据接口模块可按用户。

具体地，所述数据接口模块可采用串口或并口进行数据传输，满足与外界上位机之间的数据通信，便于用户采集数据、后期对户外信息显示装置进行更新、维护。

综上所述，本发明中的户外信息显示装置由于设置有光检测模块实时检测当前环境光照度与显示屏的实际亮度，根据所述显示屏的实际亮度检测所述显示屏是否需要调整亮度；当所述显示屏进行调整亮度时，按照预设的红、绿、蓝三种颜色的亮度组合产生调节亮度的PWM信号控制LED驱动模块调节显示屏亮度，采用环境光照度与显示屏亮度的三次函数关系调节显示屏亮度，克服了人眼视觉非线性效应所带来的影响，节约了用电量，提高了显示效果，保证了户外信息显示装置灯珠的使用寿命。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种户外信息显示装置，其特征在于，包括：

光检测模块，用于采集显示屏实际亮度以及其当前工作环境的光照度；

控制模块，连接于所述光检测模块，用于根据环境的所述光照度计算所述显示屏的理论亮度，根据所述显示屏的实际亮度检测所述显示屏是否需要调整亮度；当所述显示屏进行调整亮度时，按照预设的红、绿、蓝三种颜色的亮度组合产生调节亮度的PWM信号；

LED驱动模块，连接于所述控制模块，用于接收所述控制模块的PWM信号驱动与所述控制模块相连的显示屏的LED光源。

2.根据权利要求1所述的户外信息显示装置，其特征在于，所述控制模块按照以下公式调节环境光照度和显示屏亮度的对应关系：

y＝ax³+bx²+cx+d (1)

式(1)，环境光照度用x表示；显示屏亮度用y表示；d为环境光照度为零时显示屏的亮度；c参照自然界中普通物体在自然光照射下的亮度特性而设定；a和b是由于人眼视觉的非线性特性而对显示屏亮度的修正系数。

3.根据权利要求1所述的户外信息显示装置，其特征在于，所述LED驱动模块采用三通道大功率LED驱动芯片。

4.根据权利要求1所述的户外信息显示装置，其特征在于，所述户外信息显示装置包括：防拆传感器，其与所述控制模块相连，用于监测所述显示装置遭受外力破坏时产生拆卸状态信号至所述控制模块。

5.根据权利要求1所述的户外信息显示装置，其特征在于，所述户外信息显示装置包括：倾斜传感器，其与所述控制模块相连，用于采集所述显示装置的倾斜信息发送至控制模块。

6.根据权利要求4或5所述的户外信息显示装置，其特征在于，所述户外信息显示装置包括：报警模块，其与所述控制模块相连，用于根据所述控制模块的控制信号发出报警信息。

7.根据权利要求1所述的户外信息显示装置，其特征在于，所述户外信息显示装置包括：环境信息采集模块，用于采集当前的环境信息发送至控制模块控制的显示屏进行展示。

8.根据权利要求根据权利要求7所述的户外信息显示装置，其特征在于，所述环境信息包括当前空气PM2.5数据、湿度数据、温度数据、甲醛数据、甲烷数据、气压数据、噪声数据、辐射数据、一氧化碳数据与二氧化碳数据。

9.根据权利要求1所述的户外信息显示装置，其特征在于，所述户外信息显示装置包括：

通信模块，与所述控制模块相连，以连通外部网络，获取当前路段的交通数据；

交通指示灯，与所述控制模块相连，将当前路段所述交通数据以相应的交通指示灯颜色显示出当前路段的交通状况。

10.根据权利要求1所述的户外信息显示装置，其特征在于，所述户外信息显示装置包括：数据接口模块，与所述控制模块相连，连接外部设备进行数据通信。

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