二氧化碳消耗显示器设计＊

2018-12-18张赛男陈梅金

科技与创新 2018年23期

关键词：消耗量节省亮度

张赛男，陈梅金

二氧化碳消耗显示器设计＊

张赛男1，陈梅金2

（1.福建师范大学福清分校电子与信息工程学院，福建福清 350300；2.冠捷电子（福建）有限公司（TPV），福建福清 350300）

当今社会大家都在提倡绿色能源、节能减排，介绍了一种可以时时跟进确认二氧化碳消耗情况的显示器，主要通过侦测对功率消耗量转换成二氧化碳的消耗量来进行标识。

节能减排；功耗；二氧化碳；OSD菜单

1 引言

在当前社会发展中，计算机占据着非常重要的地位，显示器无处不在，同样它也存在着无处不在的能量消耗，即电能消耗。电能大部分都是通过其他能源的转换而产生的。为做到节约减排，我们需要节约用电。基于此，我们提出一个能让用户注意到能源消耗过程中，实际上产生出了多少二氧化碳的办法。希望用这种办法时刻提醒每个人节约身边的能源，减少二氧化碳的产生，减缓地球温室效应。

本设计系统在基于硬件系统基础上，对软件系统控制功能进行设计。硬件上主要是提供电源和主板的显示输出电路。软件上从以下3方面着手设计：①将控制显示器面板的背光亮度进行分阶设计，并且测出对应显示器背光在不同亮度时所消耗的电能功耗，再将不同功耗设计对应到电能消耗所需要的二氧化碳的排放量，并且转换成以质量为单位进行计数保存；②将已知的参数设计成算法以便最终达到软体控制显示的目的；③设计显示的菜单来呈现我们所设计的数据，便于用户直观看到对应数据值。

2 硬件系统

2.1 硬件系统组成

系统由电源板、主板和显示面板组成。电源主要提供主板、显示面板和声音喇叭的电源；主板搭载着Scaler图像处理芯片，主要负责相关软件控制；显示面板主要显示主板送来的信号。这些硬件组成了本设计的硬件系统，它是软件设计的必备实物基础。电源板主要负责提供5 V、6 V、16 V的直流电源给主板电路使用，主板会根据需要再由稳压IC进行分压再提供3.3 V的相关电路电压。主板端电源引脚3是PWM[1]控制Pin，本控制系统中，我们通过控制PWM Pin来调整背光亮度。系统框架如图1所示。

图1 系统框图

2.2 主板主控IC

主板上控制软件运行的核心IC是Scaler IC，它相当于我们设计控制系统的大脑所在。我们用的是当前市面上比较流行的Mstar的图像处理器，还有它周边的Flash IC、EEPROM IC。软件代码加载烧录在Flash IC 中，相关用户存储数据存放在EEPROM中，通过Scaler IC 运行调用控制。

3 软件系统

有了硬件系统作为基础，我们就可以对控制系统进行软件设计搭建。软件上我们分成两个模块设计，分别是按节省了多少二氧化碳和使用了多少二氧化碳的质量来体现和呈现二氧化碳的使用，同时也将亮度值到功率消耗到二氧化碳消耗量[2]转换进行设计。

3.1 二氧化碳与电量关系

当我们需要设计软件控制显示时，首先需要了解实际电能消耗量与二氧化碳的关系。通过相关资料查询得知，1度电相当于可制造出或产生出0.5 kg的二氧化碳。在软件上我们是以每分钟计数的，这样就可以得到如下算式：

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

在软件上，亮度调整我们使用0～255阶亮度进行处理，但是在OSD上通常会使用0～100的调整值，否则亮度调整变化比较缓慢。所以对应OSD菜单上我们去取一部分数值并测量其功率消耗。另外需要提醒的是在实际软件C语言[3]中应用，通常不用小数点来计算，避免出现误差，最终数值可以再直接转换成小数点来显示。对应显示器消耗的电能功率，我们需要对设计机器进行能耗测试，通常是会设计11个档位的值，分别是亮度调整到显示值的0，10，20，30，40，50，60，70，80，90，100这11个点所消耗的电能瓦特数，对本设计机台测量的值如表1所示。

表1 菜单调整亮度对应消耗功率表

菜单调整亮度值/（%）消耗电能/W说明 010菜单上亮度调整最小值为0时消耗功率 1011.5菜单上亮度调整值为10时消耗功率 2013菜单上亮度调整值为20时消耗功率 3014.5菜单上亮度调整值为30时消耗功率 4016菜单上亮度调整值为40时消耗功率 5017.5菜单上亮度调整值为50时消耗功率 6019菜单上亮度调整值为60时消耗功率 7020.5菜单上亮度调整值为70时消耗功率 8022菜单上亮度调整值为80时消耗功率 9023.5菜单上亮度调整值为90时消耗功率 10025菜单上亮度调整值为100时消耗功率

3.2 二氧化碳节省量

由于二氧化碳节省量是我们通过软件算法计算出来的，所以我们需要将对应的计算公式写到我们的软件中。按照前面章节中介绍的，我们已经知道每瓦特消耗能量每分钟可产生0.008 3 g二氧化碳。根据能耗功率表，就可以对用户在使用显示器时节约的二氧化碳质量得出计算公式，软件写法每分钟累加计算公式为：

1 min count+=Max Brightness Power –

Current Brightness Power. （2）

根据公式（2）我们计算出，菜单亮度值打到100时的计算方式是最大亮度100减去当前为最大亮度100的值为0，再乘以0.008 3，所以当用这个显示器时，如果将亮度打到最大值，最后得出的结果是没有节省任何能源。

相反如果用户将亮度打到0时，查询表1得知消耗的功率是10 W，所以我们就可以计算出此时每分钟会节省 0.008 3×（25－10）=0.125 g的二氧化碳，在后续菜单设计中，对这种节省功率的行为将都以绿色方式标识出来，以便用户更好认知，以示鼓励。

3.3 二氧化碳消耗量

除了二氧化碳节省量的方式体现在显示器上，我们还有一种方式就是二氧化碳消耗量方式体现在显示器上。它的软件写法每分钟累加计算公式如下：

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

根据公式（3），我们将亮度值打到100时的计算方式将是最大二氧化碳消耗量，每分钟将消耗0.008 3×25=0.207 5 g的二氧化碳。最小二氧化碳消耗量，每分钟将消耗0.008 3× 10=0.083 g的二氧化碳。

在菜单显示中我们也会将最大二氧化碳消耗量用红色标识出来，以便提醒敬告用户，注意节省能源。

4 人机交互显示

人机交互显示部分，我们主要是通过软件用字体方式画出OSD菜单[4]，可根据需要显示不同语言和不同颜色的OSD菜单。通过按键打开对应菜单选项来显示和可看二氧化碳节省量和消耗量，同时我们会设计可查询消耗总量和节省总量，以此敬告或鼓励用户尽可能去节约能源，保护我们的地球。如果将亮度打到最大或比较大，我们的软件菜单就会做出相应的红色提醒，如果将亮度打到较小的档位，我们的软件菜单就会做出相应的绿色标识。

显示值部分我们是存储在EEPROM中，分成可清除和不可清除的两部分，临时值的二氧化碳节省量和使用量用户是可以随时清除的，但是计数到总量值是保留不被清除的做法。OSD框架结构如图2所示。