一, A essência técnica do sistema de retroiluminação da tela de código de segmento
A própria tela de código de segmento pertence a dispositivos emissores-de luz passivos, e seu princípio de exibição depende das mudanças no arranjo das moléculas de cristal líquido sob a ação de um campo elétrico, conseguindo a transmissão seletiva da luz por meio de filmes polarizadores. Devido ao fato de que os próprios materiais de cristal líquido não emitem luz, eles devem contar com fontes de luz externas (isto é, sistemas de luz de fundo) para obter uma exibição visível. Os sistemas de retroiluminação são geralmente compostos de componentes como fontes de luz LED, placas guia de luz, filmes reflexivos e filmes de difusão. Seu consumo de energia é responsável por 60% -80% do consumo total de energia das telas de código segmentadas, tornando-as o objeto principal da otimização da economia de energia.
Do ponto de vista da arquitetura técnica, existem dois modos típicos de controle de luz de fundo:
Tipo de controle global: Ilumina toda a área de exibição através de uma única fonte de luz de fundo, adequada para cenas simples de exibição digital, como balanças eletrônicas e termômetros.
Tipo de controle de partição: usando vários conjuntos de LEDs para obter ajuste independente da luz de fundo regional, comumente usado em dispositivos de exibição gráfica complexos, como medidores inteligentes e monitores médicos.
2, Avanço na tecnologia-de economia de energia no nível do hardware
1. Inovação em materiais de fontes de luz
Industry leading companies such as Yangrun Electronics have jointly developed ultra-high resistivity (ρ>10 ¹Ω· cm) liquid crystal formulas with upstream material suppliers, reducing the leakage current of liquid crystal cells to below 0.1 μ A. Combined with high-efficiency (>20 LM/W) LED light sources and high reflectivity (>98%) placas guia de luz, o consumo de energia da luz de fundo é reduzido em 40%, mantendo o brilho da tela. Por exemplo, em um determinado projeto de medidor de água inteligente, um módulo de luz de fundo personalizado é usado para atingir uma vida útil da bateria de 10 anos sob uma corrente de trabalho de 5 μA.
2. Otimização do circuito de acionamento
A escolha do driver IC afeta diretamente a eficiência da luz de fundo. As soluções principais incluem:
Chip de baixa corrente estática: como o driver IC da série HT1621, com corrente estática tão baixa quanto 0,5 μ A, suportando método de condução de polarização de 1/2, pode reduzir o consumo de energia de varredura dinâmica em 30%.
Circuito de dimerização inteligente: atinge 0-100% de ajuste de brilho por meio da tecnologia PWM (modulação por largura de pulso) e coopera com sensores fotossensíveis para obter controle adaptativo da luz ambiente. Um caso de dispositivo médico mostra que esta tecnologia ajusta dinamicamente o consumo de energia da retroiluminação com a luminosidade ambiental, alcançando uma taxa de poupança de energia de 55%.
3. Projeto de inovação estrutural
O sistema modular de retroiluminação desenvolvido pela Ningbo Xuda Electronics consegue economia de energia através do seguinte design:
Estrutura de guia de luz em camadas: Coloque a fonte de luz LED na borda da placa guia de luz e use o princípio da reflexão total para obter uma saída de luz uniforme e reduzir a perda de luz.
Controle inteligente de partição: divida a área de exibição em uma matriz 4 × 4, controle independentemente o interruptor de luz de fundo de cada partição por meio do MCU e desligue a luz de fundo de áreas não essenciais ao exibir conteúdo estático.
3, Prática de economia de energia da estratégia de controle de software
1. Gerenciamento de energia em nível de sistema
Em sistemas Linux embarcados, o controle da luz de fundo pode ser alcançado através de três caminhos:
Controle de interface Sysfs: grave diretamente no arquivo /sys/class/packlight/packlight0/brightness (0 está fechado), adequado para cenários de driver padrão.
Chamada ioctl do framebuffer: controlada através do comando FBIOBLANK (com parâmetro 1 desligado), adequada para sistemas customizados sem suporte sysfs.
Controle direto GPIO: Se a luz de fundo estiver conectada ao pino GPIO, a resposta em nível de milissegundos pode ser alcançada por meio de operações de diretório/sys/class/gpio.
Os dados de teste reais de um determinado projeto de controlador industrial mostram que após adotar a estratégia de controle dinâmico de luz de fundo:
Ao exibir conteúdo estático: taxa de atualização reduzida de 60 Hz para 5 Hz, consumo de energia reduzido em 72%
No modo noturno: o brilho da luz de fundo cai para 10%, o consumo de energia diminui 89%
Quando a luz de fundo está completamente desligada: o consumo geral de energia da máquina diminui de 2,2 mA para 0,57 mA
2. Algoritmo de economia-de energia da camada de aplicativo
O "algoritmo de economia de energia-consciente do cenário" desenvolvido por fabricantes de dispositivos inteligentes pode alcançar:
Luz de fundo acionada por botão: acende a luz de fundo apenas quando operada pelo usuário e desliga automaticamente após 3 segundos
Luz de fundo de alarme anormal: só acende a luz de fundo vermelha quando o dispositivo falha e permanece desligado no estado normal
Estratégia de sono cronometrado: entra automaticamente no modo de sono profundo fora do horário de trabalho com base nos padrões de uso do dispositivo
Depois de aplicar este algoritmo a um determinado projeto de medidor inteligente, o tempo de retroiluminação foi reduzido de uma média de 8 horas por dia para 15 minutos, e a economia anual de energia atingiu 1,2 kWh.
4, Casos de aplicação da indústria e validação de dados
1. Campo de equipamentos médicos
Uma determinada marca de monitor adota tecnologia de controle de luz de fundo de partição, dividindo a área de exibição em três partições independentes: frequência cardíaca, oxigênio no sangue e pressão arterial. Durante a fase de monitoramento estável, apenas a luz de fundo da partição de exibição atual é mantida acesa e o consumo de energia medido é reduzido de 12mA para 3,5mA e a vida útil da bateria é estendida para 72 horas.
2. No campo das casas inteligentes
Um determinado termostato inteligente consegue:
Strong light environment (>1000lux): Brilho da luz de fundo de 100%
Iluminação moderada (300-1000lux): Brilho da luz de fundo de 50%
Ambiente com pouca luz (<300lux): Backlight brightness of 20%
Modo noturno (<50lux): Backlight off
Esta solução reduz o consumo diário de energia dos equipamentos de 0,8Wh para 0,2Wh, cumprindo os padrões de eficiência energética do ERP da UE.
3. Campo de instrumentação industrial
Um determinado transmissor de pressão adota a estratégia de "atualização dinâmica + controle de luz de fundo":
Monitoramento normal: atualize os dados a cada 5 segundos, luz de fundo desligada
Alteração de dados: Quando forem detectadas flutuações de pressão, atualize e acenda imediatamente a luz de fundo (por 2 segundos)
Status do alarme: Acende continuamente a luz de fundo vermelha até que a falha seja resolvida
Os testes mostraram que esta solução prolonga a vida útil da bateria do dispositivo de 3 para 5 anos e reduz os custos de substituição da bateria em 60%.
