车内仪表背光亮度调节系统及方法、车内仪表及车辆
阅读说明：本技术 车内仪表背光亮度调节系统及方法、车内仪表及车辆 (Backlight brightness adjusting system and method for in-vehicle instrument, in-vehicle instrument and vehicle ) 是由 王磊 于 2021-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种车内仪表背光亮度调节系统及方法、车内仪表及车辆,涉及显示技术领域,该系统包括依次连接的光敏传感器、采样电路、控制器和背光驱动电路；光敏传感器用于获取经由导光件传递的实时外界光照度；采样电路用于将实时外界光照度转换为实时采样电压值；控制器用于获取与实时采样电压值对应的实时ADC值,并根据实时ADC值和预设的优化算法,输出对应的目标亮度百分比信号至背光驱动电路,从而通过背光驱动电路调节车内仪表的背光亮度。本发明用了较低成本的光敏传感器,加上优化算法的优化,实现了仪表全天多场景下的亮度无极变化,不会有明显的亮度突变,亮度变化会更加平滑,从而给驾驶员带来更好的驾车感受。(The invention provides a system and a method for adjusting backlight brightness of an in-vehicle instrument, the in-vehicle instrument and a vehicle, and relates to the technical field of display, wherein the system comprises a photosensitive sensor, a sampling circuit, a controller and a backlight driving circuit which are sequentially connected; the photosensitive sensor is used for acquiring real-time ambient light illumination transmitted by the light guide piece; the sampling circuit is used for converting the real-time ambient illuminance into a real-time sampling voltage value; the controller is used for acquiring a real-time ADC value corresponding to the real-time sampling voltage value, and outputting a corresponding target brightness percentage signal to the backlight driving circuit according to the real-time ADC value and a preset optimization algorithm, so that the backlight brightness of the instrument in the vehicle is adjusted through the backlight driving circuit. The invention uses the photosensitive sensor with lower cost and optimizes the optimization algorithm, realizes the stepless brightness change of the instrument under multiple scenes all day long, has no obvious brightness mutation, and has smoother brightness change, thereby bringing better driving feeling to drivers.)
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其是涉及一种车内仪表背光亮度调节系统及方法、车内仪表及车辆。
背景技术
随着环境亮度不同，人眼所需要的车内仪表的屏幕亮度也不同，明亮环境光下，需要增大屏幕亮度，暗弱环境光下需要减小屏幕亮度。
现有技术中通常通过如下方式进行车内仪表背光亮度的调节：以仪表主控MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)为核心单元，通过获取外部光照度、车速及日历信号，并根据不同的时间、车速和光照场景，动态调节背光的亮度。
上述车内仪表背光亮度调节方法存在如下缺点：只分了白天、黄昏、夜晚3个光照场景，只能实现三段式背光调节，亮度变化不平滑，容易给驾驶员带来不好的驾车体验和感受。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车内仪表背光亮度调节系统及方法、车内仪表及车辆，以实现车内仪表背光亮度在全天多场景下无极变化，营造更为舒适的车内驾驶环境和驾车感受。
第一方面，本发明实施例提供了一种车内仪表背光亮度调节系统，包括依次连接的光敏传感器、采样电路、控制器和背光驱动电路；
所述光敏传感器设置在车内仪表上的导光件的出光口处，所述光敏传感器用于获取经由所述导光件传递的实时外界光照度；
所述采样电路用于将所述实时外界光照度转换为实时采样电压值，并发送至所述控制器；
所述控制器用于获取与所述实时采样电压值对应的实时ADC(analogue-to-digital conversion，模数转换)值，并根据所述实时ADC值和预设的优化算法，输出对应的目标亮度百分比信号至所述背光驱动电路；
所述背光驱动电路用于按照所述目标亮度百分比信号调节所述车内仪表的背光亮度。
进一步地，所述控制器具体用于对所述实时采样电压值进行模数转换，得到实时ADC值；按照所述优化算法对所述实时ADC值进行优化，得到优化后的实时ADC值；根据预设的ADC值与亮度百分比的对应关系，确定与所述优化后的实时ADC值对应的目标亮度百分比信号，并将所述目标亮度百分比信号输出至所述背光驱动电路；
其中，所述ADC值与亮度百分比的对应关系是根据实测的ADC值、所述优化算法、相应外界光照度下所制定的背光亮度值以及背光亮度值与亮度百分比的对应关系得到的。
进一步地，所述优化算法包括以下中的任一种：限幅滤波法、中位值滤波法、算术平均滤波法、递推平均滤波法、中位值平均滤波法、限幅平均滤波法、一阶滞后滤波法、加权递推平均滤波法、消抖滤波法、限幅消抖滤波法。
进一步地，所述控制器与所述背光驱动电路通过SPI协议通信。
进一步地，所述光敏传感器的型号包括TEMD6010、SFH 5711-2/3-Z或PTSMD026。
进一步地，所述目标亮度百分比信号为脉冲宽度调制信号。
第二方面，本发明实施例还提供了一种车内仪表背光亮度调节方法，应用于第一方面所述的车内仪表背光亮度调节系统，所述车内仪表背光亮度调节方法包括：
光敏传感器获取经由车内仪表上的导光件传递的实时外界光照度；
采样电路将所述实时外界光照度转换为实时采样电压值，并发送至控制器；
控制器获取与所述实时采样电压值对应的实时ADC值，并根据所述实时ADC值和预设的优化算法，输出对应的目标亮度百分比信号至背光驱动电路；
所述背光驱动电路按照所述目标亮度百分比信号调节所述车内仪表的背光亮度。
进一步地，所述根据所述实时ADC值和预设的优化算法，输出对应的目标亮度百分比信号至背光驱动电路的步骤，包括：
按照所述优化算法对所述实时ADC值进行优化，得到优化后的实时ADC值；
根据预设的ADC值与亮度百分比的对应关系，确定与所述优化后的实时ADC值对应的目标亮度百分比信号，并将所述目标亮度百分比信号输出至所述背光驱动电路；其中，所述ADC值与亮度百分比的对应关系是根据实测的ADC值、所述优化算法、相应外界光照度下所制定的背光亮度值以及背光亮度值与亮度百分比的对应关系得到的。
第三方面，本发明实施例还提供了一种车内仪表，包括第一方面所述的车内仪表背光亮度调节系统。
第四方面，本发明实施例还提供了一种车辆，包括第三方面所述的车内仪表。
本发明实施例提供的车内仪表背光亮度调节系统及方法、车内仪表及车辆中，该系统包括依次连接的光敏传感器、采样电路、控制器和背光驱动电路；光敏传感器设置在车内仪表上的导光件的出光口处，光敏传感器用于获取经由导光件传递的实时外界光照度；采样电路用于将实时外界光照度转换为实时采样电压值，并发送至控制器；控制器用于获取与实时采样电压值对应的实时ADC值，并根据实时ADC值和预设的优化算法，输出对应的目标亮度百分比信号至背光驱动电路；背光驱动电路用于按照目标亮度百分比信号调节车内仪表的背光亮度。本发明实施例提供的车内仪表背光亮度调节系统及方法、车内仪表及车辆，用了较低成本的光敏传感器，加上优化算法的优化，实现了仪表全天多场景下的亮度无极变化，相比于三段式的背光调节，不会有明显的亮度突变，亮度变化会更加平滑，从而给驾驶员带来更好的驾车感受。
附图说明
为了更清楚地说明本发明
具体实施方式
或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种车内仪表背光亮度调节系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种光敏传感器获取实时外界光照度的逻辑示意图；
图3为本发明实施例提供的一种车内仪表的背光灯电路图；
图4为本发明实施例提供的一种车内仪表背光亮度调节系统中光敏传感器的光电流随外界光照度的理论变化曲线图；
图5为本发明实施例提供的一种车内仪表背光亮度调节系统中控制器获取的ADC值随外界光照度的理论变化曲线图；
图6为本发明实施例提供的一种车内仪表背光亮度调节系统中控制器获取的ADC值随外界光照度的实测变化曲线图；
图7为本发明实施例提供的一种车内仪表背光亮度调节方法的流程示意图。
图标：101-光敏传感器；102-采样电路；103-控制器；104-背光驱动电路。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做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。
对于车内仪表背光亮度的调节，现有技术中通常采用三段式背光调节，亮度变化不平滑，容易给驾驶员带来不好的驾车体验和感受。基于此，本发明实施例提供的一种车内仪表背光亮度调节系统及方法、车内仪表及车辆，可以实现车内仪表背光亮度在全天多场景下无极变化，营造更为舒适的车内驾驶环境和驾车感受。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种车内仪表背光亮度调节系统进行详细介绍。
本发明实施例提供了一种车内仪表背光亮度调节系统，参见图1所示的一种车内仪表背光亮度调节系统的结构示意图，该系统包括依次连接的光敏传感器101、采样电路102、控制器103和背光驱动电路104。
具体地，光敏传感器101设置在车内仪表上的导光件的出光口处，光敏传感器101用于获取经由导光件传递的实时外界光照度；采样电路102用于将实时外界光照度转换为实时采样电压值，并发送至控制器103；控制器103用于获取与实时采样电压值对应的实时ADC值，并根据实时ADC值和预设的优化算法，输出对应的目标亮度百分比信号至背光驱动电路104；背光驱动电路104用于按照目标亮度百分比信号调节车内仪表的背光亮度。应用该系统，车内仪表在多场景下可以进行自适应亮度调节。
上述导光件可以为导光柱，参见图2所示的一种光敏传感器获取实时外界光照度的逻辑示意图，外界光照度经过车辆的前罩会照射在车内仪表的仪表面板上，经由仪表面板折射至导光柱的入光口，再由导光柱传递至光敏传感器101。因此，上述光敏传感器101可以感受实时外界光照度，且可感受的光照度范围较大，从而实现了光照度Lux(勒克斯)的采集。
可选地，上述光敏传感器101的型号可以包括TEMD6010、SFH5711-2/3-Z或PTSMD026。
上述光敏传感器101感受到外界光照度Lux后，在采样电路102中会形成一个采样电压值；经采样电路102换算后的采样电压值，由控制器103进行ADC采集，得到对应的ADC值。
可选地，上述控制器103可以先对实时采样电压值进行模数转换，得到实时ADC值；然后按照优化算法对实时ADC值进行优化，得到优化后的实时ADC值；最后根据预设的ADC值与亮度百分比的对应关系，确定与优化后的实时ADC值对应的目标亮度百分比信号，并将目标亮度百分比信号输出至背光驱动电路104；其中，ADC值与亮度百分比的对应关系是根据实测的ADC值、优化算法、相应外界光照度下所制定的背光亮度值以及背光亮度值与亮度百分比的对应关系得到的。
本实施例中，在整车上进行实车效果验证，并根据真实应用及实车效果记录数据，进行多轮的数据优化及优化算法调整，使得车内仪表的屏幕亮度可以在全天多场景下平滑变化，而不是亮度阶段性突变，实现背光亮度无极变化。具体地，根据实测数据(ADC值)，软件进行算法优化后，制定出合理的屏幕亮度变化区间和背光亮度值，从而得到ADC值与亮度百分比的对应关系，进而控制器103可以根据实时ADC值对应输出合适的亮度百分比用来调节车内仪表的背光亮度。
可选地，上述优化算法可以包括以下中的任一种：限幅滤波法、中位值滤波法、算术平均滤波法、递推平均滤波法、中位值平均滤波法、限幅平均滤波法、一阶滞后滤波法、加权递推平均滤波法、消抖滤波法、限幅消抖滤波法。
以算术平均滤波法为例，在一种可能的实现方式中，控制器103每5ms取一次ADC值放到ADC数组中，ADC数组的长度可以为9，该系统开机后会等待ADC数组放满才会算整个ADC数组的平均值，进而基于该平均值进行第一次的背光亮度调节，之后每读取一个ADC值就会算一次平均值，所以优化后的ADC值是当前得到的ADC值和前8次得到的ADC值的平均值。
上述控制器103可以是MCU，MCU根据获取到的实时ADC值进行软件算法优化，并根据数据的分析结果进行最终判定，输出一个该实时外界光照度下合理的目标亮度百分比信号。如图1所示，该目标亮度百分比信号可以为PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)信号。
上述背光驱动电路104可以是LED(light-emitting diode，发光二极管)驱动电路。背光驱动电路104根据控制器103输入的目标亮度百分比信号，进行车内仪表的背光实时调节，同时与控制器103进行实时交互。可选地，如图1所示，背光驱动电路104可以通过SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)协议与控制器103进行交互通信。
上述背光驱动电路104的输出连接有车内仪表的背光灯电路，参见图3所示的一种车内仪表的背光灯电路图，该背光灯电路可以包括多个并联的灯组，每个灯组可以包括多个串联的LED灯，每个灯组由一个开关控制，不同灯组的LED灯数量可以相同，也可以不同；背光驱动电路104可以通过改变背光灯电路的输入电流、输入电压和闭合开关的数量中的一种或多种，实现车内仪表的背光亮度调节。
本发明实施例提供的车内仪表背光亮度调节系统，用了较低成本的光敏传感器，加上优化算法的优化，实现了仪表全天多场景下的亮度无极变化，相比于三段式的背光调节，不会有明显的亮度突变，亮度变化会更加平滑，从而给驾驶员带来更好的驾车感受。
下面将参照图4至图6以及表1说明上述车内仪表背光亮度调节系统在数据采集上的稳定性。
参见图4所示的一种车内仪表背光亮度调节系统中光敏传感器的光电流随外界光照度的理论变化曲线图，以及图5所示的一种车内仪表背光亮度调节系统中控制器获取的ADC值随外界光照度的理论变化曲线图，随着外界光照度的增大，理论上，光敏传感器的光电流线性增大，ADC值先增加后平缓。参见图6所示的一种车内仪表背光亮度调节系统中控制器获取的ADC值随外界光照度的实测变化曲线图，与图5相比可知，实际数据较理论分析数据会有一定的偏差及波动，但总体的线性度还是一致的，不会有明显的异常跳变点。
下表1示出了4台车内仪表背光亮度调节系统(分别对应序号1、2、3、4)在不同光照度下的实测ADC值。
表1
由表1可以看出，在同一光照度环境下，所获取到的ADC值相对稳定，从而验证了该车内仪表背光亮度调节系统在数据采集上的稳定性。
本发明实施例还提供了一种车内仪表背光亮度调节方法，该方法应用于上述的车内仪表背光亮度调节系统，参见图7所示的一种车内仪表背光亮度调节方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：
步骤S702，光敏传感器获取经由车内仪表上的导光件传递的实时外界光照度。
步骤S704，采样电路将实时外界光照度转换为实时采样电压值，并发送至控制器。
步骤S706，控制器获取与实时采样电压值对应的实时ADC值，并根据实时ADC值和预设的优化算法，输出对应的目标亮度百分比信号至背光驱动电路。
步骤S708，背光驱动电路按照目标亮度百分比信号调节车内仪表的背光亮度。
在一些可能的实施例中，上述步骤S706中的根据实时ADC值和预设的优化算法，输出对应的目标亮度百分比信号至背光驱动电路，可以通过如下过程实现：按照优化算法对实时ADC值进行优化，得到优化后的实时ADC值；根据预设的ADC值与亮度百分比的对应关系，确定与优化后的实时ADC值对应的目标亮度百分比信号，并将目标亮度百分比信号输出至背光驱动电路；其中，ADC值与亮度百分比的对应关系是根据实测的ADC值、优化算法、相应外界光照度下所制定的背光亮度值以及背光亮度值与亮度百分比的对应关系得到的。
本实施例所提供的车内仪表背光亮度调节方法，其实现原理及产生的技术效果和前述车内仪表背光亮度调节系统实施例相同，为简要描述，车内仪表背光亮度调节方法实施例部分未提及之处，可参考前述车内仪表背光亮度调节系统实施例中相应内容。
本发明实施例还提供了一种车内仪表，该车内仪表包括上述的车内仪表背光亮度调节系统。
本发明实施例还提供了一种车辆，该车辆包括上述的车内仪表。
本实施例所提供的车内仪表和车辆，其实现原理及产生的技术效果和前述车内仪表背光亮度调节系统实施例相同，为简要描述，车内仪表和车辆实施例部分未提及之处，可参考前述车内仪表背光亮度调节系统实施例中相应内容。
在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。