自动亮度控制

自动亮度控制调节原理

亮度是指发光体（反光体）表面发光（反光）强弱的物理量。LCD亮度定义为，在规定工作条件下显示器件发光强度的度量。LCD显示器其实是被动显示光强的部件，本身并不发光，而是借由内部冷阴极射线管即背光源 的发光穿透液晶产生亮度。LCD的亮度取决于背光源的亮度、液晶本身穿透率、环境光强等因素。

人眼的主观亮度不仅取决于显示器本身的亮度，还与主光源和外界光强的对比度有关。主管亮度感觉S与光源 亮度B的对数成比例：

其中，K和

我们所说的调节LCD亮度其实是对发光源亮度进行控制，使人眼的主观亮度与环境光强协调，保证人眼舒适。因此，在这里需要考虑环境光强对主观亮度的影响，即结合测量到的外界光强，综合调节背光源的电压，实现亮度调节 。

自动亮度控制结构及流程

主要接口介绍：

SCL：IIC总线时钟引脚；SDA：IIC总线数据引脚；VCC：电源端口；DVI： 参考电压；GND：接地端。

本系统采用BH1750光照传感器感受光强，LCD1602模拟LCD显示屏，并综合使用数模转换器、运算放大器等相关电子器件，对实验预期的LCD屏幕光亮调节进行模拟。具体流程为：BH1750采集外界光强信号，光强模拟量经传感器处理成数字信号后输人单片机。单片机对数字量做出函数处理并把控制信号送至数模转换器，经运算放大器将之转换为合适的电压值，最终实现通过感应环境光强来调节控制LCD背光亮度的目的 。

自动亮度控制传感器

BH1750是由ROHM设计的，是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路，支持I2CBUS接口。其感光元件拥有接近视觉灵敏度的光谱灵敏度特性，搭配相关内置电路后能够感应较大范围的光强值，总体量程为0-65535lx。BH1750最大优点在于内置模数转换器，能输出对应亮度的数字值，便于后续数字信号的处理。使用高集成度的BH1750能省去使用光敏电阻时的模数转换电路，使整体电路复杂度大大降低

BH1750工作原理为：外部光照被接近人眼反应的高精度光敏二极管PD探测到后，通过集成运算放大器将电

流转换为PD电压，经由模数转换器转换成为16字数据，然后通过逻辑和I2C对数据进行处理与存储。OSC则为内部振荡器，用以提供内部逻辑时钟，通过外界输人相应的指令操作即可对内部存储的光照数据进行读取操作 。

LCD屏幕显示的人眼适合亮度同环境光强的大小有着一定的依存关系，具体公式如下，

如图2，实验结果可看出，在环境光强较强时应该提高背光电压以保证较好的对比度，随着环境光强的减弱，LCD背光亮度也应该随之减弱，但是减弱幅度应该变小；随着环境光强减弱到一定限度之后，背光电压反而应该升高以便可以清晰的看到显示内容。整个变化趋势类似于二次函数曲线。

此外，实验中整个控制系统对光强变化的反应非常快，几乎在光强变化的同时就可以完成LCD的调节，这体现了单片机数字处理系统快速稳定的优点 。2100433B

LCD屏背光亮度与环境光强不协调时，人眼就会产生视觉疲劳，而这种疲劳将对人眼视力造成不可逆的损伤。且屏幕亮度过高会直接影响LCD使用寿命；过低又影响显示器显示效果。因此，亮度调节成为显示必要的一项功能。

光敏电阻存在两个缺点：1）受温度影响大，在不同室温下，所采集到的数据会有差别；2）响应速度慢，延迟时间与搭配电路的复杂度相关。如果直接使用光电二极管，则需要与放大电路以及A/D转换器配合使用，系统设计增加复杂程度的同时，也引人了不必要的误差 。

1.1750传感器与8051单片机

BH1750FVI的SCL、SDA接口分别于8051单片机的P3.0、P3.1相接，从而外界光强值的数字信号能顺利输入 单片机。VCC接口需要由单片机引人5V 左右的电压。ADDR、GND都做接地处理。

如图1所示，BH1750只占用单片机两个I/O可正常工作，主要得益于该芯片采用IIC议，只需两个I/O接口即可完成数据传输工作。IIC总线是Philips公司于20世纪80年代开发的两线式串行总线。IIC数据过程总共有三种信号类型：开始信号、传输信号、结束信号。

BH1750与单片机信号传输过程分为两步：

（1）单片机向BH1750发送控制命令：①单片机产生启动信号； ②单片机发送8位地址数据；③单片读取BH1750的应答信号；④单片机发送8位命令指令；⑤单片机读取应答；⑥单片机产生停止信号。

（2）单片机从BH1750读取数据；①单片机产生启动信号；②单片机发送8位地址数据；③单片机读取应答；④单片机读取高8位数据；⑤单片机产生应答信号；⑥单片机读取低8位数据 ⑦单片机产生应答信号 ；⑧单片机产生停止信号 。

2.8051单片机与DAC0832数模转换芯片以及LM324运算放大器

8051单片机接受传感器数字信号并对其进行一定函数处理后才能输出，且只能输出数字信号，因此需借由数模转换器DAC0832及其LM324运算放大器组合使用，将单片机输出的数字信号转换为适合供给LCD背光源电压模拟量。

DAC0832采用单缓冲接法。其中，DI0至DI7与单片机P0.0至P0.7相连，输人数字信号。基准电压使用开发板电源供给，此时，输出端输出为负电压，因此，OUT2、OUT1分别与放大器的正、负输人相接，即运算放大器采用反向输人加法运算方式，使其能够输出正向电压，满足LCD正向供电。

LM324使用时必须严格控制其工作电压及其负载电阻，一般情况下工作电压正、负向需均有偏转，具体偏转值大小由输入输出模拟量决定。在这里给出本系统的处理方法，即采用W7912集成稳压电源配合12V开关电源，构造出负向12V电压，供LM324负向偏转工作 。

3.51单片机与LCD1602液晶显示屏

LCD1602在本系统中用来显示当前外界光强值，并代表理想LCD作为实验对象显示调节效果。

VSS、VDD用以提供LCD1602工作电压。RS、RW、E三个接口分别与单片机的P3.5、P3.6、P3.7相连，用 以单片机对LCD1602显示屏所显示数据的读写控制。D0至D7接口，分别与单片机P1.0至P1.7相连，使数字信号输入LCD1602显示屏，显示输出当前环境光强值。BLA、BLK分别是背光源的正负接头，我们所需调节的即是这两端的电压值，从而实现LCD背光亮度的改变。一般情况下，BLK连接GND线作为电压参照端，BLA端连接运放输出端，接收其变化的电压即可实现背光源电压改变，从而控制LCD显示亮度，达成实验目的 。

比例控制比例控制与积分控制结合（PI控制）

具有比例-积分控制规律的控制器，称PI控制器，其输出信号m(t)同时成比例地反应输入信号e(t)及其积分，即

式中，Kp为可调比例系数；Ti为可调积分时间常数。

在串联校正时，PI控制器相当于在系统中增加了一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于s左半平面的开环零点。位于原点的极点可以提高系统的型别，以消除或减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能；而增加的负实零点则用来减小系统的阻尼程度，缓和PI控制器极点对系统稳定性及动态过程产生的不利影响。只要积分时间常数Ti足够大，PI控制器对系统稳定性的不利影响可大为减弱。在控制工程实践中，PI控制器主要用来改善控制系统的稳态性能。

比例控制比例控制与微分控制结合（PD控制）

具有比例——微分控制规律的控制器，称为PD控制器，其输出m (t)与输入e(t)的关系如下式所示：

式中，Kp为比例系数；

PD控制器中的微分控制规律，能反应输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定性。在串联校正时，可使系统增加一个

比例控制比例、积分、微分控制结合（PID控制）

具有比例-积分-微分控制规律的控制器，称PID控制器。这种组合具有三种基本规律各自的特点，其运动方程为

与PI控制器相比，PID控制器除了同样具有提高系统的稳态性能的优点外，还多提供一个负实零点，从而在提高系统动态性能方面，具有更大的优越性。因此，在工业过程控制系统中，广泛使用PID控制器。PID控制器各部分参数的选择，在系统现场调试中最后确定。通常，应使I部分发生在系统频率特性的低频段，以提高系统的稳态性能；而使D部分发生在系统频率特性的中频段，以改善系统的动态性能。

财务控制特征

它是指按照一定的程序与方法，确保企业及其内部机构和人员全面落实和实现财务预算的过程。特征有：以价值形式为控制手段；以不同岗位、部门和层次的不同经济业务为综合控制对象；以控制日常现金流量为主要内容。

它是内部控制的一个重要组成部分，是内部控制的核心，是内部控制在资金和价值方面的体现。从工业化国家发展的经验来看，企业的控制存在着宏观和微观两种不同模式。其中财务的宏观控制主要借助于金融、证券或资本市场对被投资企业直接实施影响来完成，或者通过委托注册会计师对企业实施审计来进行，前者主要反映公司治理制度、资本结构以及市场竞争等对企业的影响，后者实际是外部审计控制。

必须以确保单位经营的效率性和效果性、资产的安全性、经济信息和财务报告的可靠性目的。它的作用主要有以下三方面，一是有助于实现公司经营方针和目标，他既是工作中的实时监控手段，也是评价标准；二是保护单位各项资产的安全和完整，防止资产流失；三是保证业务经营信息和财务会计资料的真实性和完整性。

财务控制原则

基本原则包括：（1）目的性原则；（2）充分性原则；（3）及时性原则；（4）认同性原则；（5）经济性原则；（6）客观性原则；（7）灵活性原则；（8）适应性原则；（9）协调性原则；（10）简明性原则。

财务控制种类

1、按照内容，可分为一般控制和应用控制两类。

2、按照功能，可分为预防性控制、侦查性控制、纠正性控制、指导性控制和补偿性控制。

3、按照时序，可分为事前控制、事中控制和事后控制三类。

财务控制局限性

良好的控制虽然能够达到上述目标，但无论控制的设计和运行多么完善，它都无法消除其本身固有的局限，为此必须对这些局限性加以研究和预防。局限性主要有三方面：一是受成本效益原则的局限；二是财务控制人员由于判断错误、忽略控制程序或人为作假等原因，导致它失灵；三是管理人员的行政干预，致使建立的控制制度形同虚设。由于财务管理存在于企业的经济活动的方方面面，因此其对企业生产经营的影响非常大。它有一套完整的体系，它由环境、会计系统和控制程序三部分组成。它环境指建立或实施控制的各种因素。主要因素为管理单位和相关人员对它的态度、认识和行为。

具体包括：单位组织结构、管理者的经营思想和经营作风、管理者的职能和对这些职能的制约、确定职权和责任的方法、管理者监控和检查工作时所采用的控制措施、人事工作方针及其实施、影响单位业务的各种外部关系等。会计系统指单位建立的会计核算和会计监督的方法和程序。有效的会计系统应当做到：确认并记录所有真实的经济业务，及时并充分详细地描述经济业务，在财务会计报告中对经济业务做出适当的分类；计量经济业务的价值，在财务会计报告中记录其适当的货币价值；确定经济业务发生的时间，将经济业务记录在适当的会计期间；在财务会计报告中反映经济业务、披露会计信息。控制程序指管理者所制定的方法和程序。具体包括：经济业务和经济活动批准权；明确人员的职责分工，有效防止舞弊；凭证和帐单的设置和使用，准确通过会计帐簿反映经济业务；管好用好财产物资；对已登记的业务及其计价要进行复核等。

基于不变性原理组成的自动控制称为补偿控制，它实现了系统对全部干扰或部分干扰的补偿。 按其结构的不同， 补偿控制系统一般有前馈控制系统和大迟延过程系统两种。补偿控制系统广泛应用于工业生产过程、医学、心理学、军事、电机、计算机等领域。

前馈控制是以不变性原理为理论基础的一种控制方法， 属开环控制系统。 常用的前馈控制系统有单纯前馈控制系统、前馈 -反馈控制系统和前馈 -串级控制系统等三种结构形式。大迟延系统的解决方法很多， 最简单的是利用常规控制器。主要采用常规 PID 的变形方案，如微分先行控制方案和中间微分控制方案等。