背光亮度自处理式的环境光传感器系统设计

　　调节显示屏亮度

　　该控制方案的第二部分是调节显示屏的背光亮度。这可通过多种方式实现，具体取决于设备中的显示屏模块。

　　有两种最简单的方式：

　　1.借助脉冲宽度调制(PWM)方案的直接调节方式，

　　2.采用显示屏控制器的间接调节方式。

　　许多显示屏模块如今都配有一个集成控制器，用户可以通过向控制器发送串行命令，直接设置背光亮度。

　　如果显示屏模块未配备集成控制器，还可安装一个简单的背光控制执行器，控制显示屏后面用于背光照明的白光LED灯的输入电流。实现这种控制的一种简单办法是：直接给LED串联一个场效应晶体管(FET)，使用PWM信号快速打开、关闭FET (图5)。

　　然而，也可以利用单一芯片(用于LED控制的MAX1698升压转换器)准确、可靠地调节(图6)。
 

　　图5 简单的PMW控制电路

　　图6 基于MAX1698的LED亮度调节器

　　建立连接

　　最后一步就是在传感器和执行器之间建立连接，通过微控制器实现。有人可能首先要问："环境光强如何映射到背光亮度?"事实上，有些文献专门介绍了相关方案。其中一种映射方式是，Microsoft针对运行Windows 7操作系统的计算机提出的。图7所示曲线是由Microsoft提供的，它可以将环境光强度映射到显示屏亮度(以全部亮度的百分比表示)。

　　图7 将环境光强映射为最佳显示屏亮度的曲线示例

　　这种特殊曲线可以用以下函数表示：

　　如果设备采用的是已集成亮度控制功能的LCD控制芯片，就可通过向芯片发送指令，轻松设置背光亮度。如果设备采用的是PWM直接控制亮度，则要考虑如何将比例信号映射至显示屏亮度。

　　在MAX1698示例中，根据其产品说明书的介绍，可以将驱动电流映射为电压。通过这个示例，我们可以假设LED电流强度几乎与其电流呈线性关系。这样，我们就可以在上述等式中乘上一个系数，计算出PWM所映射的有效电压，该电压再被映射至LED电流，最后转化成显示屏亮度。

　　方案实施

　　最好不要从一个亮度级直接跳转到另一个亮度级，而是平滑上调和下调背光亮度，确保不同亮度等级之间无缝过渡。为了达到这一目的，最好采用带有固定或不同亮度步长、可逐步调节亮度的定时中断，也可采用带有可控制LED输入电流的PWM值的定时中断，或者是能够发送到显示屏控制器的串行指令的定时中断。图8提供了这种算法的一个示例。

　　图8 步进式亮度调节的算法示例

　　另一个问题是，系统响应环境光强变化的速度。我们应尽量避免过快地改变亮度等级。这是因为光强的瞬间变化(譬如一扇窗户打开或瞬间有一束光扫过)可能导致背光亮度发生不必要的变化，这往往会造成用户感觉不适。并且，较长的响应时间还有助于减少微控制器对光传感器的检测次数，从而可以释放一定的微控制器资源。

　　最初级的方法就是每隔一两秒钟检查一次光传感器，然后相应地调整背光亮度。更好的方法是，只有光线强度偏离特定范围一定时间后，才对背光亮度进行调节。譬如，如果正常光强是200lux，我们可能只会在光强降到180lux以下或升至220lux以上，而且持续时间超过数秒的情况下才调节亮度。幸运的是，MAX9635和MAX44009都集成了中断引脚和阈值寄存器，可轻松实现这个目的。