一, Techniczna istota systemu podświetlenia ekranu z kodem segmentowym
Sam ekran z kodem segmentowym należy do pasywnych-urządzeń emitujących światło, a zasada jego wyświetlania opiera się na zmianach rozmieszczenia cząsteczek ciekłokrystalicznych pod wpływem pola elektrycznego, co zapewnia selektywną transmisję światła przez folie polaryzacyjne. Ze względu na fakt, że materiały ciekłokrystaliczne same w sobie nie emitują światła, aby uzyskać widoczny obraz, muszą polegać na zewnętrznych źródłach światła (tj. systemach podświetlenia). Systemy podświetlenia składają się zwykle z elementów, takich jak źródła światła LED, płyty prowadzące światło, folie odblaskowe i folie dyfuzyjne. Zużycie przez nie energii stanowi 60% -80% całkowitego zużycia energii przez ekrany z kodem segmentowym, co czyni je głównym obiektem optymalizacji oszczędzania energii.
Z punktu widzenia architektury technicznej istnieją dwa typowe tryby sterowania podświetleniem:
Globalny typ sterowania: Oświetla cały obszar wyświetlacza za pomocą jednego źródła podświetlenia, odpowiedniego dla prostych scen z wyświetlaczem cyfrowym, takich jak wagi elektroniczne i termometry.
Typ kontroli partycji: użycie wielu zestawów diod LED w celu uzyskania niezależnej regulacji regionalnego podświetlenia, powszechnie stosowane w złożonych urządzeniach wyświetlających grafikę, takich jak inteligentne liczniki i monitory medyczne.
2, Przełom w technologii-oszczędzania energii na poziomie sprzętu
1. Innowacje w materiałach źródłowych światła
Industry leading companies such as Yangrun Electronics have jointly developed ultra-high resistivity (ρ>10 ¹Ω· cm) liquid crystal formulas with upstream material suppliers, reducing the leakage current of liquid crystal cells to below 0.1 μ A. Combined with high-efficiency (>20 LM/W) LED light sources and high reflectivity (>98%), zużycie energii podświetlenia zmniejsza się o 40% przy zachowaniu jasności wyświetlacza. Na przykład w pewnym projekcie inteligentnego wodomierza zastosowano dostosowany moduł podświetlenia, aby osiągnąć 10-letnią żywotność baterii przy prądzie roboczym 5 μA.
2. Optymalizacja obwodu napędowego
Wybór układu sterownika bezpośrednio wpływa na wydajność podświetlenia. Do głównych rozwiązań należą:
Układ o niskim prądzie statycznym: taki jak układ scalony sterownika serii HT1621, z prądem statycznym tak niskim jak 0,5 μA, obsługujący metodę sterowania z odchyleniem 1/2, może zmniejszyć zużycie energii podczas dynamicznego skanowania o 30%.
Inteligentny obwód ściemniania: umożliwia regulację jasności w zakresie 0-100% za pomocą technologii PWM (modulacja szerokości impulsu) i współpracuje z czujnikami światłoczułymi, aby uzyskać adaptacyjną kontrolę światła otoczenia. Obudowa urządzenia medycznego pokazuje, że technologia ta dynamicznie dostosowuje zużycie energii podświetlenia do jasności otoczenia, osiągając współczynnik oszczędności energii na poziomie 55%.
3. Projektowanie innowacji strukturalnych
Modułowy system podświetlenia opracowany przez Ningbo Xuda Electronics zapewnia oszczędność energii dzięki następującej konstrukcji:
Warstwowa struktura światłowodu: Umieść źródło światła LED na krawędzi płytki prowadzącej światło i zastosuj zasadę całkowitego odbicia, aby uzyskać jednolity strumień świetlny i zmniejszyć utratę światła.
Inteligentna kontrola partycji: Podziel obszar wyświetlania na matrycę 4 × 4, niezależnie steruj przełącznikiem podświetlenia każdej partycji za pomocą MCU i wyłącz podświetlenie nieistotnych obszarów podczas wyświetlania treści statycznych.
3, Praktyka oszczędzania energii w strategii kontroli oprogramowania
1. Zarządzanie energią na poziomie systemu
We wbudowanych systemach Linux sterowanie podświetleniem można osiągnąć trzema ścieżkami:
Sterowanie interfejsem Sysfs: bezpośredni zapis do pliku/sys/class/packlight/packlight0/brightness (0 jest zamknięte), odpowiednie dla standardowych scenariuszy ze sterownikami.
Wywołanie ioctl bufora ramki: kontrolowane za pomocą polecenia FBIOBLANK (z wyłączonym parametrem 1), odpowiednie dla niestandardowych systemów bez obsługi sysfs.
Bezpośrednia kontrola GPIO: Jeśli podświetlenie jest podłączone do pinu GPIO, odpowiedź na poziomie milisekund można uzyskać poprzez operacje na katalogu/sys/class/gpio.
Rzeczywiste dane testowe pewnego projektu sterownika przemysłowego pokazują, że po przyjęciu strategii dynamicznego sterowania podświetleniem:
Podczas wyświetlania treści statycznych: częstotliwość odświeżania zmniejszona z 60 Hz do 5 Hz, zużycie energii spadło o 72%
W trybie nocnym: jasność podświetlenia spada do 10%, pobór mocy spada o 89%
Gdy podświetlenie jest całkowicie wyłączone: całkowity pobór mocy urządzenia spada z 2,2 mA do 0,57 mA
2. Algorytm oszczędzania energii-w warstwie aplikacji
„Algorytm-oszczędzania energii uwzględniający scenariusze” opracowany przez producentów inteligentnych urządzeń pozwala osiągnąć:
Podświetlenie uruchamiane przyciskiem: włącza podświetlenie tylko wtedy, gdy jest obsługiwane przez użytkownika i wyłącza się automatycznie po 3 sekundach
Nieprawidłowe podświetlenie alarmu: zapala czerwone podświetlenie tylko w przypadku awarii urządzenia i pozostaje wyłączone w normalnym stanie
Strategia czasowego uśpienia: automatycznie przechodź w tryb głębokiego uśpienia poza godzinami pracy w oparciu o wzorce użytkowania urządzenia
Po zastosowaniu tego algorytmu do pewnego projektu inteligentnego licznika czas włączenia podświetlenia uległ skróceniu ze średnio 8 godzin dziennie do 15 minut, a roczna oszczędność energii sięgnęła 1,2 kWh.
4, Przypadki zastosowań przemysłowych i walidacja danych
1. Dziedzina sprzętu medycznego
Pewna marka monitorów wykorzystuje technologię kontroli podświetlenia partycji, dzieląc obszar wyświetlania na trzy niezależne partycje: tętno, zawartość tlenu we krwi i ciśnienie krwi. Podczas stabilnej fazy monitorowania włączone jest tylko podświetlenie bieżącej partycji wyświetlacza, a zmierzony pobór mocy zostaje zmniejszony z 12 mA do 3,5 mA, a żywotność baterii zostaje wydłużona do 72 godzin.
2. W obszarze inteligentnych domów
Pewien inteligentny termostat osiąga:
Strong light environment (>1000lux): Jasność podświetlenia 100%
Umiarkowane oświetlenie (300-1000lux): Jasność podświetlenia 50%
Środowisko o słabym oświetleniu (<300lux): Backlight brightness of 20%
Tryb nocny (<50lux): Backlight off
Rozwiązanie to zmniejsza dzienne zużycie energii przez sprzęt z 0,8Wh do 0,2Wh, spełniając standardy efektywności energetycznej UE ERP.
3. Pole oprzyrządowania przemysłowego
Określony przetwornik ciśnienia przyjmuje strategię „dynamicznego odświeżania + kontrola podświetlenia”:
Normalne monitorowanie: Odśwież dane co 5 sekund, podświetlenie wyłączone
Zmiana danych: W przypadku wykrycia wahań ciśnienia natychmiast odśwież i włącz podświetlenie (na 2 sekundy)
Stan alarmu: Włączaj stale czerwone podświetlenie, aż usterka zostanie usunięta
Testy wykazały, że rozwiązanie to wydłuża żywotność baterii urządzenia z 3 do 5 lat oraz zmniejsza koszty wymiany baterii o 60%.
