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摘 要 本系统主要功能是根据外界环境光强的大小，对LCD屏幕的亮度进行调节以达到适合人眼阅读，保护人眼视力的目的。工作流程是通过BH1750传感器采集环境光强数据，将模拟信号处理后传至单片机，经由处理单元分析计算，控制DAC0832转换器与LM324运算放大器协调工作，调节LCD1602屏幕的背光电压，从而使其亮度发生改变，达到调光的效果。
关键词 BH1750FVI传感器；DAC0832数模转换器；单片机；亮度调节
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）12-0024-03
LCD屏背光亮度与环境光强不协调时，人眼就会产生视觉疲劳，而这种疲劳将对人眼视力造成不可逆的损伤。且屏幕亮度过高会直接影响LCD使用寿命；过低又影响显示器显示效果。因此，亮度调节成为LCD显示必要的一项功能。
光敏电阻存在两个缺点：1）受温度影响大，在不同室温下，所采集到的数据会有差别；2）响应速度慢，延迟时间与搭配电路的复杂度相关。如果直接使用光电二极管，则需要与放大电路以及A/D转换器配合使用，系统设计增加复杂程度的同时，也引入了不必要的误差。
1 系统结构及器件介绍
1.1 亮度及其调节原理
我们所说的调节LCD亮度其实是对发光源亮度进行控制，使人眼的主观亮度与环境光强协调，保证人眼舒适。因此，在这里需要考虑环境光强对主观亮度的影响，即结合测量到的外界光强，综合调节LCD背光源的电压，实现LCD亮度调节。
1.2 系统总体结构及流程
本系统采用BH1750光照传感器感受光强，LCD1602模拟LCD显示屏，并综合使用数模转换器、运算放大器等相关电子器件，对实验预期的LCD屏幕光亮调节进行模拟。具体流程为：BH1750采集外界光强信号，光强模拟量经传感器处理成数字信号后输入单片机。单片机对数字量做出函数处理并把控制信号送至数模转换器，经运算放大器将之转换为合适的电压值，最终实现通过感应环境光强来调节控制LCD背光亮度的目的。
1.3 BH1750传感器
BH1750工作原理如图1所示，外部光照被接近人眼反应的高精度光敏二极管PD探测到后，通过集成运算放大器将PD电流转换为PD电压，经由模数转换器转换成为16位数字数据，然后通过逻辑和I2C界面对数据进行处理与存储。OSC则为内部振荡器，用以提供内部逻辑时钟，通过外界输入相应的指令操作即可对内部存储的光照数据进行读取操作。
2 主要电路设计
2.1 BH1750传感器与8051单片机
BH1750FVI的SCL、SDA接口分别与8051单片机的P3.0、P3.1相接，从而外界光强值的数字信号能顺利输入单片机。VCC接口需要由单片机引入5 V左右的电压，ADDR、GND都做接地处理。
如图所示2、3，BH1750只占用单片机两个I/O口即可正常工作，主要得益于该芯片采用IIC总线协议，只需两个I/O端口即可完成数据传输工作。IIC总线是Philips公司于20世纪80年代开发的两线式串行总线。IIC在传输数据过程中总共有三种信号类型：开始信号、传输信号、结束信号。
BH1750与单片机之间信号传输过程分为两步：
2.2 8051单片机与DAC0832数模转换芯片以及LM324运算放大器
单片机接受传感器数字信号并对其进行一定函数处理后才能输出，且只能输出数字信号，因此需借由数模转换器DAC0832及其LM324运算放大器组合使用，将单片机输出的数字信号转换为适合供给LCD背光源电压模拟量。
DAC0832采用单缓冲接法。其中，DI0至DI7与单片机P0.0至P0.7相连，输入数字信号。基准电压使用开发板电源供给，此时输出端输出为负电压，因此，OUT2、OUT1分别与放大器的正、负输入相接，即运算放大器采用反向输入加法运算方式，使其能够输出正向电压，满足LCD正向供电。
LM324使用时必须严格控制其工作电压及其负载电阻，一般情况下工作电压正、负向需均有偏转，具体偏转值大小由输入输出模拟量决定。在这里给出本系统的处理方法，即采用W7912集成稳压电源配合12 V开关电源，构造出负向12 V电压，供LM324负向偏转工作。
2.3 8051单片机与LCD1602液晶显示屏
LCD1602在本系统中用来显示当前外界光强值，并代表理想LCD作为实验对象显示调节效果。
4 实验结果
此外，实验中整个控制系统对光强变化的反应非常快，几乎在光强变化的同时就可以完成LCD背光光强的调节，这体现了单片机数字处理系统快速稳定的优点。
5 结束语
本文针对LCD亮度自动调节问题提出了一种基于BH1750光照传感器的调节方案。方案基于BH1750对外界环境光强的测量，实现了对LCD显示屏亮度的连续、自动调节。由于光强度传感器测量准确、精度高，IIC总线接口简单易用，整体硬件集成度高，单片机及其控制技术成熟实用，本系统能很好地完成亮度自动调节任务。经实验证实，其反应速度灵敏，测调节准确度高，达到实验预期效果。
注：指导老师：雎刚，教授。
参考文献
[1]陈绍炳，于向军.热工过程自动控制原理[M].东南大学出版社，2003.
[2]林土胜.单片机技术及工程实践[M].机械工业出版社，2009.
[3]LM324数据手册[EB/OL].http：//wenku.baidu.com/view/0ebb6afff705cc175527096f.html.
[4]DAC0832数据手册[EB/OL].http：//wenku.baidu.com/view/647cf524ccbff121dd3683df.html.
[5]点阵字符型液晶显示模块使用手册[EB/OL].精电蓬远显示技术有限公司.
[6]黄贤武，郑筱霞.传感器原理与应用[M].电子科技大学出版社，1995.
[7]徐甲强，张全法，范福玲.传感器技术[M].哈尔滨工业大学出版社，2004.
[8]求是科技.8051系列单片机C程序设计完全手册[M].人民邮电出版社，2006.
[9]贺洪江，王振涛.电路基础[M].高等教育出版社，2004.
[10]高玉良.电路与模拟电子技术[M].高等教育出版社，2004.
[11]秦曾煌.电子技术[M].高等教育出版社，2008.
[12]云中华，白天蕊.基于BH1750的室内光照强度测量仪[J].单片机与嵌入式系统应用，2012.
[13]王建.基于BH1750芯片的测光系统设计与实现[J].常熟理工学院学报，2011.
[14]ROHM.BH1750[EB/OL].http：//cnpdf.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/350139/ROHM/BH1750FVI.html.
作者简介
刘燮（1992-），男，江苏泰州人，本科，热能与动力
工程。
吴苏晨（1992-），男，江苏南通人，本科，热能与动力
工程。
王瑞林（1992-），男，山西长治人，本科，热能与动力
工程。
雎刚（1966-），男，教授，硕士生导师，主要从事燃煤锅炉节能减排燃烧优化控制，火电机组优化控制技术及应用方面的研究工作。
关键词 BH1750FVI传感器；DAC0832数模转换器；单片机；亮度调节
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）12-0024-03
LCD屏背光亮度与环境光强不协调时，人眼就会产生视觉疲劳，而这种疲劳将对人眼视力造成不可逆的损伤。且屏幕亮度过高会直接影响LCD使用寿命；过低又影响显示器显示效果。因此，亮度调节成为LCD显示必要的一项功能。
光敏电阻存在两个缺点：1）受温度影响大，在不同室温下，所采集到的数据会有差别；2）响应速度慢，延迟时间与搭配电路的复杂度相关。如果直接使用光电二极管，则需要与放大电路以及A/D转换器配合使用，系统设计增加复杂程度的同时，也引入了不必要的误差。
1 系统结构及器件介绍
1.1 亮度及其调节原理
我们所说的调节LCD亮度其实是对发光源亮度进行控制，使人眼的主观亮度与环境光强协调，保证人眼舒适。因此，在这里需要考虑环境光强对主观亮度的影响，即结合测量到的外界光强，综合调节LCD背光源的电压，实现LCD亮度调节。
1.2 系统总体结构及流程
本系统采用BH1750光照传感器感受光强，LCD1602模拟LCD显示屏，并综合使用数模转换器、运算放大器等相关电子器件，对实验预期的LCD屏幕光亮调节进行模拟。具体流程为：BH1750采集外界光强信号，光强模拟量经传感器处理成数字信号后输入单片机。单片机对数字量做出函数处理并把控制信号送至数模转换器，经运算放大器将之转换为合适的电压值，最终实现通过感应环境光强来调节控制LCD背光亮度的目的。
1.3 BH1750传感器
BH1750工作原理如图1所示，外部光照被接近人眼反应的高精度光敏二极管PD探测到后，通过集成运算放大器将PD电流转换为PD电压，经由模数转换器转换成为16位数字数据，然后通过逻辑和I2C界面对数据进行处理与存储。OSC则为内部振荡器，用以提供内部逻辑时钟，通过外界输入相应的指令操作即可对内部存储的光照数据进行读取操作。
2 主要电路设计
2.1 BH1750传感器与8051单片机
BH1750FVI的SCL、SDA接口分别与8051单片机的P3.0、P3.1相接，从而外界光强值的数字信号能顺利输入单片机。VCC接口需要由单片机引入5 V左右的电压，ADDR、GND都做接地处理。
如图所示2、3，BH1750只占用单片机两个I/O口即可正常工作，主要得益于该芯片采用IIC总线协议，只需两个I/O端口即可完成数据传输工作。IIC总线是Philips公司于20世纪80年代开发的两线式串行总线。IIC在传输数据过程中总共有三种信号类型：开始信号、传输信号、结束信号。
BH1750与单片机之间信号传输过程分为两步：
2.2 8051单片机与DAC0832数模转换芯片以及LM324运算放大器
单片机接受传感器数字信号并对其进行一定函数处理后才能输出，且只能输出数字信号，因此需借由数模转换器DAC0832及其LM324运算放大器组合使用，将单片机输出的数字信号转换为适合供给LCD背光源电压模拟量。
DAC0832采用单缓冲接法。其中，DI0至DI7与单片机P0.0至P0.7相连，输入数字信号。基准电压使用开发板电源供给，此时输出端输出为负电压，因此，OUT2、OUT1分别与放大器的正、负输入相接，即运算放大器采用反向输入加法运算方式，使其能够输出正向电压，满足LCD正向供电。
LM324使用时必须严格控制其工作电压及其负载电阻，一般情况下工作电压正、负向需均有偏转，具体偏转值大小由输入输出模拟量决定。在这里给出本系统的处理方法，即采用W7912集成稳压电源配合12 V开关电源，构造出负向12 V电压，供LM324负向偏转工作。
2.3 8051单片机与LCD1602液晶显示屏
LCD1602在本系统中用来显示当前外界光强值，并代表理想LCD作为实验对象显示调节效果。
4 实验结果
此外，实验中整个控制系统对光强变化的反应非常快，几乎在光强变化的同时就可以完成LCD背光光强的调节，这体现了单片机数字处理系统快速稳定的优点。
5 结束语
本文针对LCD亮度自动调节问题提出了一种基于BH1750光照传感器的调节方案。方案基于BH1750对外界环境光强的测量，实现了对LCD显示屏亮度的连续、自动调节。由于光强度传感器测量准确、精度高，IIC总线接口简单易用，整体硬件集成度高，单片机及其控制技术成熟实用，本系统能很好地完成亮度自动调节任务。经实验证实，其反应速度灵敏，测调节准确度高，达到实验预期效果。
注：指导老师：雎刚，教授。
参考文献
[1]陈绍炳，于向军.热工过程自动控制原理[M].东南大学出版社，2003.
[2]林土胜.单片机技术及工程实践[M].机械工业出版社，2009.
[3]LM324数据手册[EB/OL].http：//wenku.baidu.com/view/0ebb6afff705cc175527096f.html.
[4]DAC0832数据手册[EB/OL].http：//wenku.baidu.com/view/647cf524ccbff121dd3683df.html.
[5]点阵字符型液晶显示模块使用手册[EB/OL].精电蓬远显示技术有限公司.
[6]黄贤武，郑筱霞.传感器原理与应用[M].电子科技大学出版社，1995.
[7]徐甲强，张全法，范福玲.传感器技术[M].哈尔滨工业大学出版社，2004.
[8]求是科技.8051系列单片机C程序设计完全手册[M].人民邮电出版社，2006.
[9]贺洪江，王振涛.电路基础[M].高等教育出版社，2004.
[10]高玉良.电路与模拟电子技术[M].高等教育出版社，2004.
[11]秦曾煌.电子技术[M].高等教育出版社，2008.
[12]云中华，白天蕊.基于BH1750的室内光照强度测量仪[J].单片机与嵌入式系统应用，2012.
[13]王建.基于BH1750芯片的测光系统设计与实现[J].常熟理工学院学报，2011.
[14]ROHM.BH1750[EB/OL].http：//cnpdf.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/350139/ROHM/BH1750FVI.html.
作者简介
刘燮（1992-），男，江苏泰州人，本科，热能与动力
工程。
吴苏晨（1992-），男，江苏南通人，本科，热能与动力
工程。
王瑞林（1992-），男，山西长治人，本科，热能与动力
工程。
雎刚（1966-），男，教授，硕士生导师，主要从事燃煤锅炉节能减排燃烧优化控制，火电机组优化控制技术及应用方面的研究工作。