自動亮度控制電路設(shè)計

1.1750傳感器與8051單片機(jī)

BH1750FVI的SCL、SDA接口分別于8051單片機(jī)的P3.0、P3.1相接，從而外界光強(qiáng)值的數(shù)字信號能順利輸入 單片機(jī)。VCC接口需要由單片機(jī)引人5V 左右的電壓。ADDR、GND都做接地處理。

如圖1所示，BH1750只占用單片機(jī)兩個I/O可正常工作，主要得益于該芯片采用IIC議，只需兩個I/O接口即可完成數(shù)據(jù)傳輸工作。IIC總線是Philips公司于20世紀(jì)80年代開發(fā)的兩線式串行總線。IIC數(shù)據(jù)過程總共有三種信號類型：開始信號、傳輸信號、結(jié)束信號。

BH1750與單片機(jī)信號傳輸過程分為兩步：

（1）單片機(jī)向BH1750發(fā)送控制命令：①單片機(jī)產(chǎn)生啟動信號； ②單片機(jī)發(fā)送8位地址數(shù)據(jù)；③單片讀取BH1750的應(yīng)答信號；④單片機(jī)發(fā)送8位命令指令；⑤單片機(jī)讀取應(yīng)答；⑥單片機(jī)產(chǎn)生停止信號。

（2）單片機(jī)從BH1750讀取數(shù)據(jù)；①單片機(jī)產(chǎn)生啟動信號；②單片機(jī)發(fā)送8位地址數(shù)據(jù)；③單片機(jī)讀取應(yīng)答；④單片機(jī)讀取高8位數(shù)據(jù)；⑤單片機(jī)產(chǎn)生應(yīng)答信號；⑥單片機(jī)讀取低8位數(shù)據(jù) ⑦單片機(jī)產(chǎn)生應(yīng)答信號 ；⑧單片機(jī)產(chǎn)生停止信號 。

2.8051單片機(jī)與DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片以及LM324運算放大器

8051單片機(jī)接受傳感器數(shù)字信號并對其進(jìn)行一定函數(shù)處理后才能輸出，且只能輸出數(shù)字信號，因此需借由數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832及其LM324運算放大器組合使用，將單片機(jī)輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為適合供給LCD背光源電壓模擬量。

DAC0832采用單緩沖接法。其中，DI0至DI7與單片機(jī)P0.0至P0.7相連，輸人數(shù)字信號?；鶞?zhǔn)電壓使用開發(fā)板電源供給，此時，輸出端輸出為負(fù)電壓，因此，OUT2、OUT1分別與放大器的正、負(fù)輸人相接，即運算放大器采用反向輸人加法運算方式，使其能夠輸出正向電壓，滿足LCD正向供電。

LM324使用時必須嚴(yán)格控制其工作電壓及其負(fù)載電阻，一般情況下工作電壓正、負(fù)向需均有偏轉(zhuǎn)，具體偏轉(zhuǎn)值大小由輸入輸出模擬量決定。在這里給出本系統(tǒng)的處理方法，即采用W7912集成穩(wěn)壓電源配合12V開關(guān)電源，構(gòu)造出負(fù)向12V電壓，供LM324負(fù)向偏轉(zhuǎn)工作 。

3.51單片機(jī)與LCD1602液晶顯示屏

LCD1602在本系統(tǒng)中用來顯示當(dāng)前外界光強(qiáng)值，并代表理想LCD作為實驗對象顯示調(diào)節(jié)效果。

VSS、VDD用以提供LCD1602工作電壓。RS、RW、E三個接口分別與單片機(jī)的P3.5、P3.6、P3.7相連，用 以單片機(jī)對LCD1602顯示屏所顯示數(shù)據(jù)的讀寫控制。D0至D7接口，分別與單片機(jī)P1.0至P1.7相連，使數(shù)字信號輸入LCD1602顯示屏，顯示輸出當(dāng)前環(huán)境光強(qiáng)值。BLA、BLK分別是背光源的正負(fù)接頭，我們所需調(diào)節(jié)的即是這兩端的電壓值，從而實現(xiàn)LCD背光亮度的改變。一般情況下，BLK連接GND線作為電壓參照端，BLA端連接運放輸出端，接收其變化的電壓即可實現(xiàn)背光源電壓改變，從而控制LCD顯示亮度，達(dá)成實驗?zāi)康?。

自動亮度控制調(diào)節(jié)原理

亮度是指發(fā)光體（反光體）表面發(fā)光（反光）強(qiáng)弱的物理量。LCD亮度定義為，在規(guī)定工作條件下顯示器件發(fā)光強(qiáng)度的度量。LCD顯示器其實是被動顯示光強(qiáng)的部件，本身并不發(fā)光，而是借由內(nèi)部冷陰極射線管即背光源 的發(fā)光穿透液晶產(chǎn)生亮度。LCD的亮度取決于背光源的亮度、液晶本身穿透率、環(huán)境光強(qiáng)等因素。

人眼的主觀亮度不僅取決于顯示器本身的亮度，還與主光源和外界光強(qiáng)的對比度有關(guān)。主管亮度感覺S與光源 亮度B的對數(shù)成比例：

其中，K和

我們所說的調(diào)節(jié)LCD亮度其實是對發(fā)光源亮度進(jìn)行控制，使人眼的主觀亮度與環(huán)境光強(qiáng)協(xié)調(diào)，保證人眼舒適。因此，在這里需要考慮環(huán)境光強(qiáng)對主觀亮度的影響，即結(jié)合測量到的外界光強(qiáng)，綜合調(diào)節(jié)背光源的電壓，實現(xiàn)亮度調(diào)節(jié) 。

自動亮度控制結(jié)構(gòu)及流程

主要接口介紹：

SCL：IIC總線時鐘引腳；SDA：IIC總線數(shù)據(jù)引腳；VCC：電源端口；DVI： 參考電壓；GND：接地端。

本系統(tǒng)采用BH1750光照傳感器感受光強(qiáng)，LCD1602模擬LCD顯示屏，并綜合使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器、運算放大器等相關(guān)電子器件，對實驗預(yù)期的LCD屏幕光亮調(diào)節(jié)進(jìn)行模擬。具體流程為：BH1750采集外界光強(qiáng)信號，光強(qiáng)模擬量經(jīng)傳感器處理成數(shù)字信號后輸人單片機(jī)。單片機(jī)對數(shù)字量做出函數(shù)處理并把控制信號送至數(shù)模轉(zhuǎn)換器，經(jīng)運算放大器將之轉(zhuǎn)換為合適的電壓值，最終實現(xiàn)通過感應(yīng)環(huán)境光強(qiáng)來調(diào)節(jié)控制LCD背光亮度的目的 。

自動亮度控制傳感器

BH1750是由ROHM設(shè)計的，是一種用于兩線式串行總線接口的數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器集成電路，支持I2CBUS接口。其感光元件擁有接近視覺靈敏度的光譜靈敏度特性，搭配相關(guān)內(nèi)置電路后能夠感應(yīng)較大范圍的光強(qiáng)值，總體量程為0-65535lx。BH1750最大優(yōu)點在于內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器，能輸出對應(yīng)亮度的數(shù)字值，便于后續(xù)數(shù)字信號的處理。使用高集成度的BH1750能省去使用光敏電阻時的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，使整體電路復(fù)雜度大大降低

BH1750工作原理為：外部光照被接近人眼反應(yīng)的高精度光敏二極管PD探測到后，通過集成運算放大器將電

流轉(zhuǎn)換為PD電壓，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成為16字?jǐn)?shù)據(jù)，然后通過邏輯和I2C對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與存儲。OSC則為內(nèi)部振蕩器，用以提供內(nèi)部邏輯時鐘，通過外界輸人相應(yīng)的指令操作即可對內(nèi)部存儲的光照數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取操作 。

LCD屏背光亮度與環(huán)境光強(qiáng)不協(xié)調(diào)時，人眼就會產(chǎn)生視覺疲勞，而這種疲勞將對人眼視力造成不可逆的損傷。且屏幕亮度過高會直接影響LCD使用壽命；過低又影響顯示器顯示效果。因此，亮度調(diào)節(jié)成為顯示必要的一項功能。

光敏電阻存在兩個缺點：1）受溫度影響大，在不同室溫下，所采集到的數(shù)據(jù)會有差別；2）響應(yīng)速度慢，延遲時間與搭配電路的復(fù)雜度相關(guān)。如果直接使用光電二極管，則需要與放大電路以及A/D轉(zhuǎn)換器配合使用，系統(tǒng)設(shè)計增加復(fù)雜程度的同時，也引人了不必要的誤差 。

LCD屏幕顯示的人眼適合亮度同環(huán)境光強(qiáng)的大小有著一定的依存關(guān)系，具體公式如下，

如圖2，實驗結(jié)果可看出，在環(huán)境光強(qiáng)較強(qiáng)時應(yīng)該提高背光電壓以保證較好的對比度，隨著環(huán)境光強(qiáng)的減弱，LCD背光亮度也應(yīng)該隨之減弱，但是減弱幅度應(yīng)該變小；隨著環(huán)境光強(qiáng)減弱到一定限度之后，背光電壓反而應(yīng)該升高以便可以清晰的看到顯示內(nèi)容。整個變化趨勢類似于二次函數(shù)曲線。

此外，實驗中整個控制系統(tǒng)對光強(qiáng)變化的反應(yīng)非?？?，幾乎在光強(qiáng)變化的同時就可以完成LCD的調(diào)節(jié)，這體現(xiàn)了單片機(jī)數(shù)字處理系統(tǒng)快速穩(wěn)定的優(yōu)點 。2100433B

比例控制比例控制與積分控制結(jié)合（PI控制）

具有比例-積分控制規(guī)律的控制器，稱PI控制器，其輸出信號m(t)同時成比例地反應(yīng)輸入信號e(t)及其積分，即

式中，Kp為可調(diào)比例系數(shù)；Ti為可調(diào)積分時間常數(shù)。

在串聯(lián)校正時，PI控制器相當(dāng)于在系統(tǒng)中增加了一個位于原點的開環(huán)極點，同時也增加了一個位于s左半平面的開環(huán)零點。位于原點的極點可以提高系統(tǒng)的型別，以消除或減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能；而增加的負(fù)實零點則用來減小系統(tǒng)的阻尼程度，緩和PI控制器極點對系統(tǒng)穩(wěn)定性及動態(tài)過程產(chǎn)生的不利影響。只要積分時間常數(shù)Ti足夠大，PI控制器對系統(tǒng)穩(wěn)定性的不利影響可大為減弱。在控制工程實踐中，PI控制器主要用來改善控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。

比例控制比例控制與微分控制結(jié)合（PD控制）

具有比例——微分控制規(guī)律的控制器，稱為PD控制器，其輸出m (t)與輸入e(t)的關(guān)系如下式所示：

式中，Kp為比例系數(shù)；

PD控制器中的微分控制規(guī)律，能反應(yīng)輸入信號的變化趨勢，產(chǎn)生有效的早期修正信號，以增加系統(tǒng)的阻尼程度，從而改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在串聯(lián)校正時，可使系統(tǒng)增加一個

比例控制比例、積分、微分控制結(jié)合（PID控制）

具有比例-積分-微分控制規(guī)律的控制器，稱PID控制器。這種組合具有三種基本規(guī)律各自的特點，其運動方程為

與PI控制器相比，PID控制器除了同樣具有提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能的優(yōu)點外，還多提供一個負(fù)實零點，從而在提高系統(tǒng)動態(tài)性能方面，具有更大的優(yōu)越性。因此，在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，廣泛使用PID控制器。PID控制器各部分參數(shù)的選擇，在系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試中最后確定。通常，應(yīng)使I部分發(fā)生在系統(tǒng)頻率特性的低頻段，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能；而使D部分發(fā)生在系統(tǒng)頻率特性的中頻段，以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。

財務(wù)控制特征

它是指按照一定的程序與方法，確保企業(yè)及其內(nèi)部機(jī)構(gòu)和人員全面落實和實現(xiàn)財務(wù)預(yù)算的過程。特征有：以價值形式為控制手段；以不同崗位、部門和層次的不同經(jīng)濟(jì)業(yè)務(wù)為綜合控制對象；以控制日常現(xiàn)金流量為主要內(nèi)容。

它是內(nèi)部控制的一個重要組成部分，是內(nèi)部控制的核心，是內(nèi)部控制在資金和價值方面的體現(xiàn)。從工業(yè)化國家發(fā)展的經(jīng)驗來看，企業(yè)的控制存在著宏觀和微觀兩種不同模式。其中財務(wù)的宏觀控制主要借助于金融、證券或資本市場對被投資企業(yè)直接實施影響來完成，或者通過委托注冊會計師對企業(yè)實施審計來進(jìn)行，前者主要反映公司治理制度、資本結(jié)構(gòu)以及市場競爭等對企業(yè)的影響，后者實際是外部審計控制。

必須以確保單位經(jīng)營的效率性和效果性、資產(chǎn)的安全性、經(jīng)濟(jì)信息和財務(wù)報告的可靠性目的。它的作用主要有以下三方面，一是有助于實現(xiàn)公司經(jīng)營方針和目標(biāo)，他既是工作中的實時監(jiān)控手段，也是評價標(biāo)準(zhǔn)；二是保護(hù)單位各項資產(chǎn)的安全和完整，防止資產(chǎn)流失；三是保證業(yè)務(wù)經(jīng)營信息和財務(wù)會計資料的真實性和完整性。

財務(wù)控制原則

基本原則包括：（1）目的性原則；（2）充分性原則；（3）及時性原則；（4）認(rèn)同性原則；（5）經(jīng)濟(jì)性原則；（6）客觀性原則；（7）靈活性原則；（8）適應(yīng)性原則；（9）協(xié)調(diào)性原則；（10）簡明性原則。

財務(wù)控制種類

1、按照內(nèi)容，可分為一般控制和應(yīng)用控制兩類。

2、按照功能，可分為預(yù)防性控制、偵查性控制、糾正性控制、指導(dǎo)性控制和補(bǔ)償性控制。

3、按照時序，可分為事前控制、事中控制和事后控制三類。

財務(wù)控制局限性

良好的控制雖然能夠達(dá)到上述目標(biāo)，但無論控制的設(shè)計和運行多么完善，它都無法消除其本身固有的局限，為此必須對這些局限性加以研究和預(yù)防。局限性主要有三方面：一是受成本效益原則的局限；二是財務(wù)控制人員由于判斷錯誤、忽略控制程序或人為作假等原因，導(dǎo)致它失靈；三是管理人員的行政干預(yù)，致使建立的控制制度形同虛設(shè)。由于財務(wù)管理存在于企業(yè)的經(jīng)濟(jì)活動的方方面面，因此其對企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的影響非常大。它有一套完整的體系，它由環(huán)境、會計系統(tǒng)和控制程序三部分組成。它環(huán)境指建立或?qū)嵤┛刂频母鞣N因素。主要因素為管理單位和相關(guān)人員對它的態(tài)度、認(rèn)識和行為。

具體包括：單位組織結(jié)構(gòu)、管理者的經(jīng)營思想和經(jīng)營作風(fēng)、管理者的職能和對這些職能的制約、確定職權(quán)和責(zé)任的方法、管理者監(jiān)控和檢查工作時所采用的控制措施、人事工作方針及其實施、影響單位業(yè)務(wù)的各種外部關(guān)系等。會計系統(tǒng)指單位建立的會計核算和會計監(jiān)督的方法和程序。有效的會計系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)做到：確認(rèn)并記錄所有真實的經(jīng)濟(jì)業(yè)務(wù)，及時并充分詳細(xì)地描述經(jīng)濟(jì)業(yè)務(wù)，在財務(wù)會計報告中對經(jīng)濟(jì)業(yè)務(wù)做出適當(dāng)?shù)姆诸?；計量?jīng)濟(jì)業(yè)務(wù)的價值，在財務(wù)會計報告中記錄其適當(dāng)?shù)呢泿艃r值；確定經(jīng)濟(jì)業(yè)務(wù)發(fā)生的時間，將經(jīng)濟(jì)業(yè)務(wù)記錄在適當(dāng)?shù)臅嬈陂g；在財務(wù)會計報告中反映經(jīng)濟(jì)業(yè)務(wù)、披露會計信息?？刂瞥绦蛑腹芾碚咚贫ǖ姆椒ê统绦颉＞唧w包括：經(jīng)濟(jì)業(yè)務(wù)和經(jīng)濟(jì)活動批準(zhǔn)權(quán)；明確人員的職責(zé)分工，有效防止舞弊；憑證和帳單的設(shè)置和使用，準(zhǔn)確通過會計帳簿反映經(jīng)濟(jì)業(yè)務(wù)；管好用好財產(chǎn)物資；對已登記的業(yè)務(wù)及其計價要進(jìn)行復(fù)核等。

基于不變性原理組成的自動控制稱為補(bǔ)償控制，它實現(xiàn)了系統(tǒng)對全部干擾或部分干擾的補(bǔ)償。 按其結(jié)構(gòu)的不同， 補(bǔ)償控制系統(tǒng)一般有前饋控制系統(tǒng)和大遲延過程系統(tǒng)兩種。補(bǔ)償控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程、醫(yī)學(xué)、心理學(xué)、軍事、電機(jī)、計算機(jī)等領(lǐng)域。

前饋控制是以不變性原理為理論基礎(chǔ)的一種控制方法， 屬開環(huán)控制系統(tǒng)。 常用的前饋控制系統(tǒng)有單純前饋控制系統(tǒng)、前饋 -反饋控制系統(tǒng)和前饋 -串級控制系統(tǒng)等三種結(jié)構(gòu)形式。大遲延系統(tǒng)的解決方法很多， 最簡單的是利用常規(guī)控制器。主要采用常規(guī) PID 的變形方案，如微分先行控制方案和中間微分控制方案等。