張賽男，陳梅金

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二氧化碳消耗顯示器設(shè)計(jì)＊

張賽男1，陳梅金2

（1.福建師范大學(xué)福清分校電子與信息工程學(xué)院，福建 福清 350300；2.冠捷電子（福建）有限公司（TPV），福建 福清 350300）

當(dāng)今社會大家都在提倡綠色能源、節(jié)能減排，介紹了一種可以時(shí)時(shí)跟進(jìn)確認(rèn)二氧化碳消耗情況的顯示器，主要通過偵測對功率消耗量轉(zhuǎn)換成二氧化碳的消耗量來進(jìn)行標(biāo)識。

節(jié)能減排；功耗；二氧化碳；OSD菜單

1 引言

在當(dāng)前社會發(fā)展中，計(jì)算機(jī)占據(jù)著非常重要的地位，顯示器無處不在，同樣它也存在著無處不在的能量消耗，即電能消耗。電能大部分都是通過其他能源的轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的。為做到節(jié)約減排，我們需要節(jié)約用電?；诖耍覀兲岢鲆粋€(gè)能讓用戶注意到能源消耗過程中，實(shí)際上產(chǎn)生出了多少二氧化碳的辦法。希望用這種辦法時(shí)刻提醒每個(gè)人節(jié)約身邊的能源，減少二氧化碳的產(chǎn)生，減緩地球溫室效應(yīng)。

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)在基于硬件系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對軟件系統(tǒng)控制功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。硬件上主要是提供電源和主板的顯示輸出電路。軟件上從以下3方面著手設(shè)計(jì)：①將控制顯示器面板的背光亮度進(jìn)行分階設(shè)計(jì)，并且測出對應(yīng)顯示器背光在不同亮度時(shí)所消耗的電能功耗，再將不同功耗設(shè)計(jì)對應(yīng)到電能消耗所需要的二氧化碳的排放量，并且轉(zhuǎn)換成以質(zhì)量為單位進(jìn)行計(jì)數(shù)保存；②將已知的參數(shù)設(shè)計(jì)成算法以便最終達(dá)到軟體控制顯示的目的；③設(shè)計(jì)顯示的菜單來呈現(xiàn)我們所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，便于用戶直觀看到對應(yīng)數(shù)據(jù)值。

2 硬件系統(tǒng)

2.1 硬件系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由電源板、主板和顯示面板組成。電源主要提供主板、顯示面板和聲音喇叭的電源；主板搭載著Scaler圖像處理芯片，主要負(fù)責(zé)相關(guān)軟件控制；顯示面板主要顯示主板送來的信號。這些硬件組成了本設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)，它是軟件設(shè)計(jì)的必備實(shí)物基礎(chǔ)。電源板主要負(fù)責(zé)提供5 V、6 V、16 V的直流電源給主板電路使用，主板會根據(jù)需要再由穩(wěn)壓IC進(jìn)行分壓再提供3.3 V的相關(guān)電路電壓。主板端電源引腳3是PWM[1]控制Pin，本控制系統(tǒng)中，我們通過控制PWM Pin來調(diào)整背光亮度。系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

2.2 主板主控IC

主板上控制軟件運(yùn)行的核心IC是Scaler IC，它相當(dāng)于我們設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的大腦所在。我們用的是當(dāng)前市面上比較流行的Mstar的圖像處理器，還有它周邊的Flash IC、EEPROM IC。軟件代碼加載燒錄在Flash IC 中，相關(guān)用戶存儲數(shù)據(jù)存放在EEPROM中，通過Scaler IC 運(yùn)行調(diào)用控制。

3 軟件系統(tǒng)

有了硬件系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，我們就可以對控制系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)搭建。軟件上我們分成兩個(gè)模塊設(shè)計(jì)，分別是按節(jié)省了多少二氧化碳和使用了多少二氧化碳的質(zhì)量來體現(xiàn)和呈現(xiàn)二氧化碳的使用，同時(shí)也將亮度值到功率消耗到二氧化碳消耗量[2]轉(zhuǎn)換進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 二氧化碳與電量關(guān)系

當(dāng)我們需要設(shè)計(jì)軟件控制顯示時(shí)，首先需要了解實(shí)際電能消耗量與二氧化碳的關(guān)系。通過相關(guān)資料查詢得知，1度電相當(dāng)于可制造出或產(chǎn)生出0.5 kg的二氧化碳。在軟件上我們是以每分鐘計(jì)數(shù)的，這樣就可以得到如下算式：

1[W min]=1[Wh]/60=0.5/60 g=0.008 3 g. （1）

在軟件上，亮度調(diào)整我們使用0～255階亮度進(jìn)行處理，但是在OSD上通常會使用0～100的調(diào)整值，否則亮度調(diào)整變化比較緩慢。所以對應(yīng)OSD菜單上我們?nèi)ト∫徊糠謹(jǐn)?shù)值并測量其功率消耗。另外需要提醒的是在實(shí)際軟件C語言[3]中應(yīng)用，通常不用小數(shù)點(diǎn)來計(jì)算，避免出現(xiàn)誤差，最終數(shù)值可以再直接轉(zhuǎn)換成小數(shù)點(diǎn)來顯示。對應(yīng)顯示器消耗的電能功率，我們需要對設(shè)計(jì)機(jī)器進(jìn)行能耗測試，通常是會設(shè)計(jì)11個(gè)檔位的值，分別是亮度調(diào)整到顯示值的0，10，20，30，40，50，60，70，80，90，100這11個(gè)點(diǎn)所消耗的電能瓦特?cái)?shù)，對本設(shè)計(jì)機(jī)臺測量的值如表1所示。

表1 菜單調(diào)整亮度對應(yīng)消耗功率表

菜單調(diào)整亮度值/（%）消耗電能/W說明 010菜單上亮度調(diào)整最小值為0時(shí)消耗功率 1011.5菜單上亮度調(diào)整值為10時(shí)消耗功率 2013菜單上亮度調(diào)整值為20時(shí)消耗功率 3014.5菜單上亮度調(diào)整值為30時(shí)消耗功率 4016菜單上亮度調(diào)整值為40時(shí)消耗功率 5017.5菜單上亮度調(diào)整值為50時(shí)消耗功率 6019菜單上亮度調(diào)整值為60時(shí)消耗功率 7020.5菜單上亮度調(diào)整值為70時(shí)消耗功率 8022菜單上亮度調(diào)整值為80時(shí)消耗功率 9023.5菜單上亮度調(diào)整值為90時(shí)消耗功率 10025菜單上亮度調(diào)整值為100時(shí)消耗功率

3.2 二氧化碳節(jié)省量

由于二氧化碳節(jié)省量是我們通過軟件算法計(jì)算出來的，所以我們需要將對應(yīng)的計(jì)算公式寫到我們的軟件中。按照前面章節(jié)中介紹的，我們已經(jīng)知道每瓦特消耗能量每分鐘可產(chǎn)生0.008 3 g二氧化碳。根據(jù)能耗功率表，就可以對用戶在使用顯示器時(shí)節(jié)約的二氧化碳質(zhì)量得出計(jì)算公式，軟件寫法每分鐘累加計(jì)算公式為：

1 min count+=Max Brightness Power –

Current Brightness Power. （2）

根據(jù)公式（2）我們計(jì)算出，菜單亮度值打到100時(shí)的計(jì)算方式是最大亮度100減去當(dāng)前為最大亮度100的值為0，再乘以0.008 3，所以當(dāng)用這個(gè)顯示器時(shí)，如果將亮度打到最大值，最后得出的結(jié)果是沒有節(jié)省任何能源。

相反如果用戶將亮度打到0時(shí)，查詢表1得知消耗的功率是10 W，所以我們就可以計(jì)算出此時(shí)每分鐘會節(jié)省 0.008 3×（25－10）=0.125 g的二氧化碳，在后續(xù)菜單設(shè)計(jì)中，對這種節(jié)省功率的行為將都以綠色方式標(biāo)識出來，以便用戶更好認(rèn)知，以示鼓勵。

3.3 二氧化碳消耗量

除了二氧化碳節(jié)省量的方式體現(xiàn)在顯示器上，我們還有一種方式就是二氧化碳消耗量方式體現(xiàn)在顯示器上。它的軟件寫法每分鐘累加計(jì)算公式如下：

1 min count+= Current Brightness Power. （3）

根據(jù)公式（3），我們將亮度值打到100時(shí)的計(jì)算方式將是最大二氧化碳消耗量，每分鐘將消耗0.008 3×25=0.207 5 g的二氧化碳。最小二氧化碳消耗量，每分鐘將消耗0.008 3× 10=0.083 g的二氧化碳。

在菜單顯示中我們也會將最大二氧化碳消耗量用紅色標(biāo)識出來，以便提醒敬告用戶，注意節(jié)省能源。

4 人機(jī)交互顯示

人機(jī)交互顯示部分，我們主要是通過軟件用字體方式畫出OSD菜單[4]，可根據(jù)需要顯示不同語言和不同顏色的OSD菜單。通過按鍵打開對應(yīng)菜單選項(xiàng)來顯示和可看二氧化碳節(jié)省量和消耗量，同時(shí)我們會設(shè)計(jì)可查詢消耗總量和節(jié)省總量，以此敬告或鼓勵用戶盡可能去節(jié)約能源，保護(hù)我們的地球。如果將亮度打到最大或比較大，我們的軟件菜單就會做出相應(yīng)的紅色提醒，如果將亮度打到較小的檔位，我們的軟件菜單就會做出相應(yīng)的綠色標(biāo)識。

顯示值部分我們是存儲在EEPROM中，分成可清除和不可清除的兩部分，臨時(shí)值的二氧化碳節(jié)省量和使用量用戶是可以隨時(shí)清除的，但是計(jì)數(shù)到總量值是保留不被清除的做法。OSD框架結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 OSD框圖

5 總結(jié)

用軟件算法設(shè)計(jì)OSD菜單的方式引起用戶時(shí)刻關(guān)注二氧化碳的節(jié)省和使用量，這種主要軟件實(shí)現(xiàn)功能的方式簡單快捷、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、在市場應(yīng)用空間較大，可以起到提醒用戶時(shí)刻注意節(jié)約能源的作用，設(shè)計(jì)比較有創(chuàng)意，值得推廣。

［1］鄧宏貴，梅衛(wèi)平，曹文暉，等.基于PWM的LED顯示屏像素亮度控制方法［J］.光電子技術(shù)，2010，30（2）：131-134.

［2］吳鵬.二氧化碳標(biāo)準(zhǔn)及其影響研究［D］.天津：中國民航大學(xué)，2014.

［3］韓旭光.C語言程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目教程［M］.北京：人民郵電出版社，2013.

［4］洪勝和，林志賢，郭太良.基于OSD交互的液晶顯示器光學(xué)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電視技術(shù)，2017（Suppl 1）.

張賽男（1982—），女，工學(xué)碩士，講師，研究方向?yàn)樾盘柵c信息處理。陳梅金（1982—），男，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用。

福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目“基于Matlab的數(shù)字信號處理實(shí)踐設(shè)計(jì)”（JB14133）

2095－6835（2018）23－0130－02

TP274

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.23.130

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕