二氧化碳消耗顯示器設計＊

張賽男，陳梅金

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二氧化碳消耗顯示器設計＊

張賽男1，陳梅金2

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

當今社會大家都在提倡綠色能源、節能減排，介紹了一種可以時時跟進確認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換成二氧化碳的消耗量來進行標識。

節能減排；功耗；二氧化碳；OSD菜單

1 引言

在當前社會發展中，計算機占據著非常重要的地位，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換而產生的。為做到節約減排，我們需要節約用電。基于此，我們提出一個能讓用戶注意到能源消耗過程中，實際上產生出了多少二氧化碳的辦法。希望用這種辦法時刻提醒每個人節約身邊的能源，減少二氧化碳的產生，減緩地球溫室效應。

本設計系統在基于硬件系統基礎上，對軟件系統控制功能進行設計。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方面著手設計：①將控制顯示器面板的背光亮度進行分階設計，并且測出對應顯示器背光在不同亮度時所消耗的電能功耗，再將不同功耗設計對應到電能消耗所需要的二氧化碳的排放量，并且轉換成以質量為單位進行計數保存；②將已知的參數設計成算法以便最終達到軟體控制顯示的目的；③設計顯示的菜單來呈現我們所設計的數據，便于用戶直觀看到對應數據值。

2 硬件系統

2.1 硬件系統組成

系統由電源板、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，主要負責相關軟件控制；顯示面板主要顯示主板送來的信號。這些硬件組成了本設計的硬件系統，它是軟件設計的必備實物基礎。電源板主要負責提供5 V、6 V、16 V的直流電源給主板電路使用，主板會根據需要再由穩壓IC進行分壓再提供3.3 V的相關電路電壓。主板端電源引腳3是PWM[1]控制Pin，本控制系統中，我們通過控制PWM Pin來調整背光亮度。系統框架如圖1所示。

圖1 系統框圖

2.2 主板主控IC

主板上控制軟件運行的核心IC是Scaler IC，它相當于我們設計控制系統的大腦所在。我們用的是當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，相關用戶存儲數據存放在EEPROM中，通過Scaler IC 運行調用控制。

3 軟件系統

有了硬件系統作為基礎，我們就可以對控制系統進行軟件設計搭建。軟件上我們分成兩個模塊設計，分別是按節省了多少二氧化碳和使用了多少二氧化碳的質量來體現和呈現二氧化碳的使用，同時也將亮度值到功率消耗到二氧化碳消耗量[2]轉換進行設計。

3.1 二氧化碳與電量關系

當我們需要設計軟件控制顯示時，首先需要了解實際電能消耗量與二氧化碳的關系。通過相關資料查詢得知，1度電相當于可制造出或產生出0.5 kg的二氧化碳。在軟件上我們是以每分鐘計數的，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，亮度調整我們使用0～255階亮度進行處理，但是在OSD上通常會使用0～100的調整值，否則亮度調整變化比較緩慢。所以對應OSD菜單上我們去取一部分數值并測量其功率消耗。另外需要提醒的是在實際軟件C語言[3]中應用，通常不用小數點來計算，避免出現誤差，最終數值可以再直接轉換成小數點來顯示。對應顯示器消耗的電能功率，我們需要對設計機器進行能耗測試，通常是會設計11個檔位的值，分別是亮度調整到顯示值的0，10，20，30，40，50，60，70，80，90，100這11個點所消耗的電能瓦特數，對本設計機臺測量的值如表1所示。

表1 菜單調整亮度對應消耗功率表

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

3.2 二氧化碳節省量

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

1 min count+=Max Brightness Power –

Current Brightness Power. （2）

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

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

3.3 二氧化碳消耗量

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

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

根據公式（3），我們將亮度值打到100時的計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識出來，以便提醒敬告用戶，注意節省能源。

4 人機交互顯示

人機交互顯示部分，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。通過按鍵打開對應菜單選項來顯示和可看二氧化碳節省量和消耗量，同時我們會設計可查詢消耗總量和節省總量，以此敬告或鼓勵用戶盡可能去節約能源，保護我們的地球。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的綠色標識。

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，臨時值的二氧化碳節省量和使用量用戶是可以隨時清除的，但是計數到總量值是保留不被清除的做法。OSD框架結構如圖2所示。

圖2 OSD框圖

5 總結

用軟件算法設計OSD菜單的方式引起用戶時刻關注二氧化碳的節省和使用量，這種主要軟件實現功能的方式簡單快捷、經濟實用、在市場應用空間較大，可以起到提醒用戶時刻注意節約能源的作用，設計比較有創意，值得推廣。

［1］鄧宏貴，梅衛平，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，2010，30（2）：131-134.

［2］吳鵬.二氧化碳標準及其影響研究［D］.天津：中國民航大學，2014.

［3］韓旭光.C語言程序設計項目教程［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測試系統設計［J］.電視技術，2017（Suppl 1）.

張賽男（1982—），女，工學碩士，講師，研究方向為信號與信息處理。陳梅金（1982—），男，碩士研究生，工程師，研究方向為嵌入式系統開發與應用。

福建省中青年教師教育科研項目“基于Matlab的數字信號處理實踐設計”（JB14133）

2095－6835（2018）23－0130－02

TP274

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.23.130

〔編輯：嚴麗琴〕