CN113851088A - 一种汽车仪表自适应背光控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车仪表盘控制技术领域，特别涉及一种汽车仪表自适应背光控制系统及方法，该控制系统包括与汽车仪表系统通信连接的车身控制器；所述汽车仪表系统包括第一单片机，以及分别与所述第一单片机通信连接的配置模块与显示屏；所述车身控制器包括第二单片机，以及与所述第二单片机通信连接的光照传感器。本发明的提出解决了现有的仪表盘背光控制采用设置菜单与小灯信号以进行调节，但该方式自适应调光效果与驾驶体验较差，同时现有的背光显示技术在高温环境下暴晒容易出现花屏故障，导致影响行车安全性的问题。
Description
技术领域
本发明涉及汽车仪表盘控制技术领域，特别涉及一种汽车仪表自适应背光控制系统及方法。
背景技术
汽车仪表是由各种仪表、指示器，特别是驾驶员用警示灯报警器等组成，为驾驶员提供所需的汽车运行参数信息。按汽车仪表的工作原理不同，可大致分为三代。第一代汽车仪表是机械机芯表，第二代汽车仪表称为电气式仪表，第三代为全数字汽车仪表，是一种网络化、智能化的仪表，功能更加强大，显示内容更加丰富，线束链接更加简单，且该仪表通常为LED液晶屏。
LED背光显示屏意思是指用LED来作为液晶显示屏的背光源，和前光式不同之处在于背光是从侧边或是背后照射。他们被用来增加在低光源环境中的照明度和液晶屏幕上的亮度。
现有的汽车仪表背光显示通常需要设置菜单与采用小灯信号调节背光，但该方式自适应调光效果与驾驶体验较差，同时现有的背光显示技术在高温环境下暴晒容易出现花屏故障，影响行车安全性。
发明内容
本发明的发明内容在于提供一种汽车仪表自适应背光控制系统及方法，主要解决了现有的仪表盘背光控制采用设置菜单与小灯信号以进行调节，但该方式自适应调光效果与驾驶体验较差，同时现有的背光显示技术在高温环境下暴晒容易出现花屏故障，导致影响行车安全性的问题。
本发明提出了一种汽车仪表自适应背光控制系统，包括与汽车仪表系统通信连接的车身控制器；所述汽车仪表系统包括第一单片机，以及分别与所述第一单片机通信连接的配置模块与显示屏；所述车身控制器包括第二单片机，以及与所述第二单片机通信连接的光照传感器；
所述光照传感器，用于获取环境光强照度，并发送至所述第二单片机；
所述第二单片机，用于将所述环境光强照度，发送至所述配置模块；
所述配置模块，用于获取所述环境光强照度；还用于存储背光等级与温变参数；还用于存储所述显示屏的屏温度；
所述第一单片机，用于获取所述环境光强照度，计算得出背光等级，以及温变参数；还用于根据所述屏温度与温变参数，判断当前所述显示屏的温控范围；还用于根据当前所述显示屏的屏温度与温变参数，按照预设算法计算当前PWM信号的占空比；还用于根据所述显示屏的温控范围，调整PWM信号占空比至预设数值。
优选地，所述温变参数，包括高温状态触发值、高温状态解除值以及高温状态下PWM信号占空比的最小值；
所述第一单片机，用于判断所述屏温度值与高温状态触发值、高温状态解除值的关系；还用于在判断到所述屏温度小于所述高温状态解除值时，则按照正常背光等级控制所述PWM信号的占空比；还用于在判断到所述屏温度大于所述高温状态触发值时，则控制所述PWM信号的占空比降低直至等于所述PWM信号占空比最小值；还用于在判断到所述屏温度大于所述高温状态解除值并小于所述高温状态临界值时，则进一步判断所述屏温度的变化为上升或下降，若上升，则按照正常背光等级控制所述PWM信号的占空比，反之则控制所述PWM信号的占空比降低直至等于所述PWM信号占空比最小值。
优选地，所述光照传感器，用于获取单位面积上的光通量并计算得出环境光强照度；还用于将所述环境光强照度转化为电压信号发送至所述第二单片机；
所述第二单片机，用于将所述电压信号转换为环境光强照度，并发送至所述配置模块。
优选地，所述第二单片机，还用于根据所述光照传感器获取最大光强照度、最小光强照度以及环境光强照度，周期性发送至所述第一单片机；
所述第一单片机，用于获取所述环境光强照度；还用于根据所述最大光强照度、最小光强照度与背光等级，通过线性映射到背光区间控制所述PWM信号的占空比。
本发明还提出了一种汽车仪表自适应背光控制方法，包括以下步骤：S1，获取显示屏的屏温度与温变参数，采集环境光强照度，并获取当前所述环境光强照度下的PWM信号的占空比；
S2，根据所述屏温度与温变参数，判断所述显示屏目前所处的温控范围；
S3，根据所述温控范围按照预设逻辑调节所述PWM信号的占空比。
优选地，所述步骤S1中的温变参数，包括高温状态触发值、高温状态解除值与高温状态下所述PWM信号的最小值；
所述步骤S2具体包括，
S21，判断所述屏温度是否大于所述高温状态触发值，若是则执行下一步，若否则执行步骤S23；
S22，降低所述PWM信号的占空比，直至所述PWM信号的最小值；
S23，判读所述屏温度是否大于所述高温状态解除值，若是则执行下一步，若否则执行步骤S25；
S24，判断所述屏温度是否处于下降趋势，若是则执行步骤S22，若否则执行下一步；
S25，自动调节所述PWM信号至预设占空比。
优选地，所述步骤S1中采集环境光强照度，具体为，获取单位面积上的光通量并计算得出光强照度。
优选地，所述步骤S1具体包括，
S11，周期性获取所述高温状态触发值、高温状态解除值与高温状态下所述PWM信号的最小值；
S12，周期性获取当前环境光强照度的PWM信号占空比；
S13，周期性获取屏温度；
S14，周期性获取所述环境光强照度，并更新最大光强照度、最小光强照度；
在所述步骤S25之前，设置有步骤，
SX，根据最大光强照度、最小光强照度与背光等级，通过线性映射到背光区间控制PWM信号的占空比。
优选地，所述步骤S22中降低所述PWM信号的占空比，具体为，以每秒1％的降幅降低PWM信号的占空比；
所述步骤SX具体为：
SX1，根据所述最大最大光强照度Emax、最小光强照度Emin与背光等级BL，计算背光区间步进值
光强照度区间步进值
SX2，确认光强照度区间[Emin、Emin+1*ΔE、Emin+2*ΔE、……、Emin+(BL-1)*ΔE、Emax]；
SX3，背光PWM占空比区间[0％、1*ΔP、2*ΔP、……、(BL-1)*ΔP、100％]；
SX4，通过环境光强照度位于光强照度区间的位置，进行负相关线性映射到背光占空比区间，获取背光的PWM占空比。
由上可知，应用本发明提供的技术方案可以得到以下有益效果：
第一，本发明提出的控制系统与方法通过屏温度与温变参数，改变PWM信号的占空比，有效调整PWM占空比至合理范围，有助于延长显示屏的使用寿命；
第二，本发明提出的控制系统与方法实施分区间高温保护策略，在高温环境下会适当降低背光亮度，避免高温导致的花屏现象，保证行车安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中汽车仪表系统与车身控制器的系统框图；
图2为本发明实施例1与实施例2中屏温度的温控范围的温变过程；
图3为本发明实施例2中方法的操作流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有的仪表盘背光控制采用设置菜单与小灯信号以进行调节，但该方式自适应调光效果与驾驶体验较差，同时现有的背光显示技术在高温环境下暴晒容易出现花屏故障，导致影响行车安全性的问题。
实施例1
如图1与图2所示，为了解决上述问题，本实施例提出了一种汽车仪表自适应背光控制系统，其主要包括与汽车仪表系统通信连接的车身控制器；汽车仪表系统包括第一单片机，以及分别与第一单片机通信连接的配置模块与显示屏；车身控制器包括第二单片机，以及与第二单片机通信连接的光照传感器。
其中，光照传感器，用于获取环境光强照度，并发送至第二单片机；第二单片机，用于将环境光强照度，发送至配置模块；配置模块，用于获取环境光强照度；还用于存储背光等级与温变参数；还用于存储显示屏的屏温度；第一单片机，用于获取环境光强照度，计算得出背光等级以及温变参数；还用于根据屏温度与温变参数，判断当前显示屏的温控范围；还用于根据当前显示屏的屏温度与温变参数，按照预设算法计算当前PWM信号的占空比；还用于根据所述显示屏的温控范围，调整PWM信号占空比至预设数值。
优选但不限定的是，本实施例中汽车仪表系统与车身控制器通过CAN总线通信连接。
优选但不限定的是，本实施例中显示屏为TFT屏。
优选但不限定的是，本实施例中光照传感器与第二单片机实现单向连接，也即光照传感器的数据单向传输至第二单片机，配置模块与第一单片机同样实现单向传输，也即配置模块的数据单向传输至第一单片机，而显示屏与第一单片机实现双向传输，也即第一单片机与显示屏之间可实现信息的交互。
更具体地，温变参数，包括高温状态触发值、高温状态解除值以及高温状态下PWM信号占空比的最小值；第一单片机，用于判断屏温度只与高温状态触发值、高温状态解除值的关系；还用于在判断到屏温度小于高温状态解除值时，则按照正常背光等级控制PWM信号的占空比；还用于在判断到屏温度大于高温状态触发值时，则控制PWM信号的占空比降低直至等于PWM信号占空比最小值；还用于在帕努单到屏温度大于高温状态解除值并小于高温状态临界值时，则进一步判断屏温度的变化为上升或下降，若上升，则按照正常背光等级控制PWM信号的占空比，反之则控制PWM信号的占空比降低直至等于PWM信号占空比最小值。
优选但不限定的是，本实施例中低于高温状态解除值Tlow可限定为正常温度区，高于高温状态触发值Thigh的设定为高温区，大于高温状态解除值Tlow但小于高温状态触发值Thigh的设定为临界温度区。
优选但不限定的是，本实施例中屏温度的温控范围可通过识别持续时间的温度进行判断，例如持续识别到5秒的屏温度均高于高温状态触发值，则认为当前屏温度属于高温区。
优选地，本实施例中当屏温度处于正常温度区，则正常控制汽车仪表的背光亮度；当屏温度处于高温区时，以每秒1％的降幅降低PWM信号的占空比，并保证PWM信号的占空比在降低时始终大于PWM信号占空比的最小值(该最小值可被设置)；当屏温度属于临界温度区，则根据多次识别的屏温度判断温度的升降趋势，并在上升趋势下按照正常温度区的策略进行调控，若下降则按照高温区的策略进行调控。
更具体地，光照传感器，用于获取单位面积上的光通量，并计算得出环境光强照度；还用于将环境光强照度转换为电压信号发送至第二单片机；第二单片机，用于将电压信号转换为环境光强照度，并发送至配置模块。
优选但不限定的是，本实施例中光照传感器的光强照度是线性的，采集单位面积dS上的光通量dΦ，计算单位面积的光强照度E＝dΦ/dS，并通过电压信号反馈给第二单片机。
优选但不限定的是，本实施例中第二单片机接收的电压信号，通过10位精度的AD输入引脚进行采集，采集到的AD值通过参考电压以及电路分压原理计算出实时光强照度Et。
更具体地，第二单片机，还用于根据光照传感器获取最大光强照度、最小光强照度以及环境光强照度，周期性发送至第一单片机；第一单片机，用于获取环境光强照度；还用于根据最大光强照度、最小光强照度与背光等级，通过线性映射到背光区间控制PWM信号的占空比。
优选但不限定的是，本实施例中第二单片机周期性获取环境光强照度，通过滤波算法得到滤波后的光强照度Et值，再经过标定的最大光强照度Emax与最小光强照度Emin。
优选地，本实施例中当屏温度处于高温区时，显示屏上还可采用文字方式进行预警，给车主提醒，但温度降至正常值时则取消文字报警。
实施例2
如图2与图3所示，为了解决前述问题，本实施例提出了一种汽车仪表自适应背光控制方法，其主要包括以下步骤：
S1，获取显示屏的屏温度与温变参数，采集环境光强照度，并获取当前环境光强照度下的PWM信号占空比；
S2，根据屏温度与温变参数，判断显示屏目前所处的温控范围；
S3，根据温控范围按照预设逻辑调节PWM信号的占空比。
优选但不限定的是，本实施例中步骤S1中的屏温度、温变参数、环境光强照度、PWM信号的占空比的获取顺序不限定为步骤S1的书写顺序。
优选但不限定的是，步骤S3中不同的温控范围的预设逻辑可不同，也可一致。
更具体地，步骤S1中的温变参数，包括高温状态触发值Thigh，高温状态解除值Tlow，高温状态下PWM信号的最小值Pmin；
步骤S2具体包括，
S21，判断屏温度是否大于高温状态触发值，若是则执行下一步，若否则执行步骤S23；
S22，降低PWM信号的占空比，直至PWM信号的最小值；
S23，判断屏温度是否大于高温状态解除值，若是则执行下一步，若否则执行步骤S25；
S24，判断屏温度是否处于下降趋势，若是则执行步骤S22，若否则执行下一步；
S25，自动调节PWM信号至预设占空比。
优选地，本实施例中步骤S22中降低PWM信号的占空比至PWM信号的最小值，具体为，降低PWM信号的占空比，并判断降低后的PWM信号占空比是否小于等于高温区最小的PWM值Pmin，若是则更新背光PWM信号的占空比Pt值为Pmin，且设定占空比Pt为步骤S25中的预设占空比，若否则持续降低PWM信号的占空比并重复判断。
更具体地，步骤S1中采集环境光强照度，具体为，获取单位面积上的光通量并计算得出光强照度。
优选地，以10MS的采样周期采集光照强度，1S内获取100个光照强度E1，E2…E100，并做平均滤波算法
后算出平均值Eavg，并把平均值输入到一阶滞后滤波算法算出滤波过的光照强度Et＝a*E(t-1)+(1-a)*Eavg，其中E(t-1)为上一次的滤波值，a为滤波系数，范围是[0，1]，可以有效滤掉干扰值。
更具体地，步骤S1具体包括：
S11，周期性获取高温状态触发值、高温状态解除值与高温状态下PWM信号的最小值；
S12，周期性获取当前环境管钱照度的PWM信号占空比；
S13，周期性获取屏温度；
S14，周期性获取环境光强照度，并更新最大光强照度、最小光强照度；
在步骤S25之前，设置有步骤，
SX，根据最大光强照度、最小光强照度与背光等级，通过线性映射到背光区间控制PWM信号的占空比。
优选地，步骤S13中通过10位精度的AD输入引脚以100MS的采样周期采集TFT屏的温度值，1S内获取10个温度值T1，T2…T10，并做平均滤波算法
算出平均值Tavg，把平均值输入到一阶滞后滤波得出滤波后的Tt＝a*T(t-1)+(1-a)*Tavg，其中T(t-1)为上一次的滤波值，a为滤波系数，范围是[0，1]，可以有效滤掉干扰值。
优选地，步骤SX中根据最大光照强度Emax、最小光照强度Emin以及背光等级BL，得出背光区间步进值
对应的光照强度区间步进值
从而确认光照强度区间为[Emin、Emin+1*ΔE、Emin+2*ΔE、……、Emin+(BL-1)*ΔE、Emax]，背光PWM占空比的区间为[0％、1*ΔP、2*ΔP、……、(BL-1)*ΔP、100％]，通过判断光照强度Et位于光照强度区间的位置，进行负相关的线性映射到背光占空比区间，从而获取背光的PWM占空比Pt。
更具体地，步骤还包括有，屏温度识别到进入高温保护后，显示屏上出现有文字报警提示车主温度过高，接触高温保护时，文字报警消失。
综上所述，本实施例提出系统与方法中通过识别屏温度，判断当前显示屏的所处环境是否为高温环境，若是则针对高温环境采取保护措施避免显示屏光爆，可延长显示屏的使用寿命，且保证驾驶员在外界环境变化的情况下仍能获取显示屏的显示信息，保证行车安全性。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种汽车仪表自适应背光控制系统，其特征在于：包括与汽车仪表系统通信连接的车身控制器；所述汽车仪表系统包括第一单片机，以及分别与所述第一单片机通信连接的配置模块与显示屏；所述车身控制器包括第二单片机，以及与所述第二单片机通信连接的光照传感器；
所述光照传感器，用于获取环境光强照度，并发送至所述第二单片机；
所述第二单片机，用于将所述环境光强照度，发送至所述配置模块与第一单片机；
所述配置模块，用于获取所述环境光强照度；还用于存储背光等级与温变参数；还用于存储所述显示屏的屏温度；
所述第一单片机，用于获取所述环境光强照度，计算得出背光等级，以及温变参数；还用于根据所述屏温度与温变参数，判断当前所述显示屏的温控范围；还用于根据当前所述显示屏的屏温度与温变参数，按照预设算法计算当前PWM信号的占空比；还用于根据所述显示屏的温控范围，调整PWM信号占空比至预设数值。
2.根据权利要求1所述的一种汽车仪表自适应背光控制系统，其特征在于：
所述温变参数，包括高温状态触发值、高温状态解除值以及高温状态下PWM信号占空比的最小值；
所述第一单片机，用于判断所述屏温度值与高温状态触发值、高温状态解除值的关系；还用于在判断到所述屏温度小于所述高温状态解除值时，则按照正常背光等级控制所述PWM信号的占空比；还用于在判断到所述屏温度大于所述高温状态触发值时，则控制所述PWM信号的占空比降低直至等于所述PWM信号占空比最小值；还用于在判断到所述屏温度大于所述高温状态解除值并小于所述高温状态临界值时，则进一步判断所述屏温度的变化为上升或下降，若上升，则按照正常背光等级控制所述PWM信号的占空比，反之则控制所述PWM信号的占空比降低直至等于所述PWM信号占空比最小值。
3.根据权利要求2所述的一种汽车仪表自适应背光控制系统，其特征在于：
所述光照传感器，用于获取单位面积上的光通量并计算得出环境光强照度；还用于将所述环境光强照度转化为电压信号发送至所述第二单片机；
所述第二单片机，用于将所述电压信号转换为环境光强照度，并发送至所述配置模块。
4.根据权利要求3所述的一种汽车仪表自适应背光控制系统，其特征在于：所述第二单片机，还用于根据所述光照传感器获取最大光强照度、最小光强照度以及环境光强照度，周期性发送至所述第一单片机；
所述第一单片机，用于获取所述环境光强照度；还用于根据所述最大光强照度、最小光强照度与背光等级，通过线性映射到背光区间控制所述PWM信号的占空比。
5.一种汽车仪表自适应背光控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，获取显示屏的屏温度与温变参数，采集环境光强照度，并获取当前所述环境光强照度下的PWM信号的占空比；
S2，根据所述屏温度与温变参数，判断所述显示屏目前所处的温控范围；
S3，根据所述温控范围按照预设逻辑调节所述PWM信号的占空比。
6.根据权利要求5所述的一种汽车仪表自适应背光控制方法，其特征在于：
所述步骤S1中的温变参数，包括高温状态触发值、高温状态解除值与高温状态下所述PWM信号的最小值；
所述步骤S2具体包括，
S21，判断所述屏温度是否大于所述高温状态触发值，若是则执行下一步，若否则执行步骤S23；
S22，降低所述PWM信号的占空比，直至所述PWM信号的最小值；
S23，判断所述屏温度是否大于所述高温状态解除值，若是则执行下一步，若否则执行步骤S25；
S24，判断所述屏温度是否处于下降趋势，若是则执行步骤S22，若否则执行下一步；
S25，自动调节所述PWM信号至预设占空比。
7.根据权利要求6所述的一种汽车仪表自适应背光控制方法，其特征在于：
所述步骤S1中采集环境光强照度，具体为，获取单位面积上的光通量并计算得出光强照度。
8.根据权利要求7所述的一种汽车仪表自适应背光控制方法，其特征在于：
所述步骤S1具体包括，
S11，周期性获取所述高温状态触发值、高温状态解除值与高温状态下所述PWM信号的最小值；
S12，周期性获取当前环境光强照度的PWM信号占空比；
S13，周期性获取屏温度；
S14，周期性获取所述环境光强照度，并更新最大光强照度、最小光强照度；
在所述步骤S25之前，设置有步骤，
SX，根据最大光强照度、最小光强照度与背光等级，通过线性映射到背光区间控制PWM信号的占空比。
9.根据权利要求8所述的一种汽车仪表自适应背光控制方法，其特征在于：
所述步骤S22中降低所述PWM信号的占空比，具体为，以每秒1％的降幅降低PWM信号的占空比；
所述步骤SX具体为：
SX1，根据所述最大最大光强照度Emax、最小光强照度Emin与背光等级BL，计算背光区间步进值
光强照度区间步进值
SX2，确认光强照度区间[Emin、Emin+1*ΔE、Emin+2*ΔE、……、Emin+(BL-1)*ΔE、Emax]；
SX3，背光PWM占空比区间[0％、1*ΔP、2*ΔP、……、(BL-1)*ΔP、100％]；
SX4，通过环境光强照度位于光强照度区间的位置，进行负相关线性映射到背光占空比区间，获取背光的PWM占空比。
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