一種全自動調整船用控制臺亮度的智能校正方法與流程

2023-06-18 00:35:36 1

本發明涉及一種控制臺指示系統使用時的輔助方法，特別是涉及一種全自動調整船用控制臺亮度的智能校正方法，屬於船用控制臺儀器亮度調整技術領域。

背景技術：

船用控制臺是船舶的重要控制中心，是船舶航行的重要決策機構，有著不可替代的核心作用。在控制臺上面，是各個廠家提供的顯示船舶各種重要參數儀器。目前，這些儀器都是採用發光體來指示各種參數信息，而這些發光體的本質上都已經是採用了發光二極體完成的，所以這些發光二極體雖然原理一樣、控制的方法一樣。但是各家儀器的生產商選擇的發光二極體的型號、參數各不一樣，所以導致了它們的顯示亮度各不一致，有的在白天很暗，影響了用戶的觀測，而有的在夜間很暗，在漆黑的環境下，亮度特別的高，使得用戶的肉眼很難在很亮和很暗的環境下快速適應和切換，這就影響了用戶面臨各種突發條件時的快速反應。

現有的調光模式有調整電源電壓、調整電源的脈寬調製方波佔空比、微調二極體串聯電阻阻值等幾種方案。調整電源電壓需要對每個發光體都單獨調整電壓，其硬體成本很高。通過發送脈寬調製方波給這些發光體，通過調整脈寬調製方波的佔空比來調整它們的亮度，這只能整體性的進行調光。微調二極體串聯電阻阻值的方案由於這些發光體數量眾多，有時會有上百個，上百個發光體的發光性能各不一樣，所以還需要進一步的對各個發光體進行手動測量和微調，工作極為麻煩。

如果存在一種智能設備，能夠使用調整電源的脈寬調製方波佔空比、微調二極體串聯電阻阻值的方案組合下，自動測得各個發光體的最優串聯電阻阻值的方案，和對應脈寬調製方波佔空比。那麼首先能夠整體良好的調整這些各種重要儀器的亮度，使得這些儀器的亮度達到均勻、一致，可以船廠進一步的根據用戶的設置改變這些設備到用戶適應的亮度，也可以提供相應的參數使得儀器生產商在生產時就能夠調整這些亮度，使得出現一個行業標準，更好的提供給系統集成的船廠

經廣泛的調查研究，現有的論文、專利均無此類產品。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：提供一種全自動調整船用控制臺亮度的智能校正方法，智能調整各導光板、指示燈的亮度，使得用戶的肉眼能夠在舒適的光照環境下工作。

本發明為解決上述技術問題採用以下技術方案：

一種全自動調整船用控制臺亮度的智能校正方法，包括如下步驟：

步驟1，設置發送到船用控制臺上發光體的脈寬調製方波的佔空比變化步長，以步長的速度，將脈寬調製方波的佔空比從0％變化到100％，設置船用控制臺上發光體串聯電阻的所有阻值，測量單個發光體在各個阻值下、脈寬調製方波的佔空比從0％變化到100％對應的亮度值；重複上述步驟，得到所有發光體在各個阻值下、脈寬調製方波的佔空比從0％變化到100％對應的亮度值；

步驟2，獲取船用控制臺的亮度模式以及各亮度模式對應的亮度值，設定單個發光體的最大亮度誤差容忍度比例，將亮度模式按重要性由高往低排序，並將排好序的亮度模式從1開始編號；

步驟3，亮度模式從1開始，採用遍曆法，計算出最優的電阻配置方案及其對應的脈寬調製方波的佔空比；

步驟4，根據最優的電阻配置方案及其對應的脈寬調製方波的佔空比，調整各發光體串聯的電阻阻值，調整船用控制臺亮度。

本發明採用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：

本發明一種全自動調整船用控制臺亮度的智能校正方法，不僅客觀，而且節省了操作人員的精力，減少勞動力，降低成本，準確率，使得用戶的肉眼能夠在舒適的光照環境下工作。

附圖說明

圖1是本發明實施例的機械結構示意圖。

圖2是本發明實施例的電路結構示意圖。

圖3是本發明實施例的程序流程示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。

如圖1、圖2所示，本發明一種全自動調整船用控制臺亮度的智能校正設備中，硬體部分自動測量出控制臺上導光板、指示燈的亮度信息；然後發出統一的脈寬調變方波給所有的導光板、指示燈，自動改變在導光板、指示燈上串聯電阻，從而測出每個導光板、指示燈的亮度信息與串聯電阻與亮度的變化關係，提供分析的計算資源。其結構包括電源、按鈕、發光模塊、發音模塊、控制器模塊、程控開關模塊、通信模塊、亮度計、電腦等。

其中，如圖1所示，電源、按鈕、發光模塊、發音模塊、控制器模塊、程控開關模塊、通信模塊集中在一個控制板內，該控制板與電腦溝通。電腦是驅動控制板的工作，採集亮度計的信息，分析保存信息，改變程控開關的工作狀態。

本實施例中，電源，用於對整個系統進行供電，本實施例中採用的是220v的交流電源轉兩路5v的模塊電源，其中一路是給電路工作，一路是驅動導光板、指示燈。按鈕為控制電源打開和關閉時使用，本實施例中採用的是輕觸自鎖的微動開關。發光模塊用於顯示硬體的工作狀態，正常或者報警，本實施例中採用的是全彩的發光二極體。發音模塊用於顯示硬體的工作狀態，正常或者報警，本實施例中採用的普通蜂鳴器。控制器模塊用於接受電腦的操作指令後，發出對應模式的、規定的脈寬調製方波給所有的導光板、指示燈的接地端，整體調整它們的亮度。同時接受電腦的操作指令，不斷發出指令給程控開關，使得程控開關改變對應導光板、指示燈的串聯電阻，個別改變它們的亮度。它還驅動發音、發光模塊的工作。本實施例中，總控制器採用的是stm32f107晶片。程控開關用於在被控制器選擇的情況下，通過不同通道與導光板、指示燈，本實施例中，程控開關選擇的是4組各8路的pca9548型號的程控開關。它由stm32f107晶片的5條引腳進行控制，選擇脈寬調製方波給所有的導光板、指示燈的接地端與地之間的阻值，它阻值從100歐姆變化到100k歐姆，其中10種變化值，它在控制板上只有一套，一頭通過插槽與發光體的地端聯繫，一頭與脈寬調製方波聯繫，通過插拔可以選擇不同的發光體進行測量。通信模塊用於控制器與電腦之間的聯繫，這裡選擇的是max232晶片。亮度計用於在電腦的操作下，檢測導光板、指示燈的亮度，本實施例中採用的是兩個高清攝像機，型號為大恆水星1200萬像素彩色工業網絡傳輸相機。電腦用於分析亮度計的結果，用於分析和保存信息，用於驅動控制器模塊來帶動程控開關的工作，從而改變各個導光板、指示燈的亮度的工作，用於提供計算資源給算法使用，本實施例中採用的是戴爾t5810型圖形工作站。

如圖3所示，進一步地，本發明一種全自動調整船用控制臺亮度的智能校正設備中，算法部分用於算出在多種工作模式下，在以誤差最小的目標下，各個導光板、指示燈的最優串聯電阻值，然後用戶可以在電路上真正串聯上這些最優的串聯電阻值。其中工作過程分為採樣和分析兩個部分。

步驟1其採樣工作過程如下：

步驟1-1、電腦發送信息給驅動控制器模塊，以步長pwmstep的速度，將脈寬調製方波的佔空比pwm從第1個，本實施例pwmstep＝0.4％，第1個即為0.4％的佔空比；

步驟1-2、電腦發送信息給驅動控制器模塊，對第1個發光體的串聯電阻阻值進行調整，調整到第1個阻值，本實施例中所有電阻阻值為100歐姆變化到100k歐姆，其中32種變化值，第1個阻值即為100歐姆；

步驟1-3、採集該發光體的亮度值l(1,1,1)，採集過程見步驟2；

步驟1-4、電腦發送信息給驅動控制器模塊，對第1個發光體的串聯電阻阻值進行調整，調整到第2個阻值，並採集該發光體的亮度值l(1,1,2)，採集過程見步驟2；然後依次採集到所有變化阻值的亮度值到l(1,1,jm)。本實施例中jm＝32。

步驟1-5、電腦發送信息給驅動控制器模塊，對第2個發光體的串聯電阻阻值進行調整，調整到第1個阻值，並採集該發光體的亮度值l(2,1,1)，採集過程見步驟2；然後依次採集到所有變化阻值的亮度值到l(2,1,jm)。本實施例中jm＝32；然後電腦發送信息給驅動控制器模塊，依次逐個對第ledm個發光體的串聯電阻阻值進行調整，調整到第1個阻值，並採集該發光體的亮度值l(ledm,1,1)，採集過程見步驟2；然後依次採集到所有變化阻值的亮度值到l(ledm,1,jm)。本實施例中jm＝32，ledm＝100；

步驟1-6、電腦發送信息給驅動控制器模塊，以步長pwmstep的速度，將脈寬調製方波的佔空比pwm從第2個。然後依照步驟1-1到步驟1-5的順序，依次採集到所有變化阻值的亮度值到l(ledm,2,jm)。本實施例中jm＝32，ledm＝100；然後依次以步長pwmstep的速度，將脈寬調製方波的佔空比pwm從第2個依次變化到im，中間不斷按照步驟1-1到步驟1-5的順序，測量到所有變化阻值的亮度值到l(ledm,im,jm)。本實施例中，im＝255，這是依照相機的256級亮度值設定的，0是為純黑，255是為純白，原本im＝0時，為純黑，不用測量，直接從第im＝1時，開始測量。

步驟2亮度計的測量方式為：

步驟2-1、把兩個相機一個在左(cl)，一個在右(cr)對稱，其拍攝範圍基本正好覆蓋完全測試發光體；

步驟2-2、在左邊相機和右邊相機的視野範圍內，手動對每個發光體的位置，設置一個方形的區域，標註為reg(cl,m,i,j,color)、reg(cr,m,i,j,color)，其中reg代表的是圖像中的區域，cl和cr代表的是左邊的相機和右邊的相機，m代表的是第m個發光體，i代表的是在第i個脈寬調製方波的佔空比，j代表的是第j個串聯電阻阻值，color代表的是該發光體的原本顏色。本實施例中，為紅(color＝1)、綠(color＝2)、藍(color＝3)、白和其他(color＝4)；

步驟2-3、在拍攝到的彩色圖片img(cl,m,i,j,color)和img(cr,m,i,j,color)中提取出reg(cl,m,i,j,color)、reg(cr,m,i,j,color)，根據color的值進行灰度圖轉換出對應灰度圖像grayimg(cl,m,i,j)、grayimg(cr,m,i,j)：

如果color值為1，那麼灰度圖轉換的過程為僅提取彩色圖片的紅色分量；

如果color值為2，那麼灰度圖轉換的過程為僅提取彩色圖片的綠色分量；

如果color值為3，那麼灰度圖轉換的過程為僅提取彩色圖片的藍色分量；

如果color值為4，那麼灰度圖轉換的過程為提取彩色圖片的紅、綠、藍三個分量和的平均值。

步驟2-4、然後，取出grayimg(cl,m,i,j)、grayimg(cr,m,i,j)中的極大值，作為其亮度值：

l(cl,m,i,j)＝max(grayimg(cl,m,i,j))

l(cr,m,i,j)＝max(grayimg(cr,m,i,j))

步驟2-5、把它們取平均值作為最終的結果：

每一種(除去0％之外的共計255種)脈寬調製方波的佔空比下，工作步驟為32*100＝3200次；全部工作步驟為255*32*100＝816000次。如果每個變化、檢測的步驟約為0.02秒，那麼該步驟共需約6小時。這樣就可以測量出所有的l(m,i,j)。

本發明的分析工作過程如下：

步驟3、根據任務要求，得到預先人工設定的多個亮度模式下的ltar＝(ltar1,ltar2,…,ltarn)，得到預先人工設定的最大單個發光體的亮度誤差容忍度比例lterr。本實施例中，採用了100個發光體，發光體驅動採用的是32種串聯電阻變化，3個亮度模式，包括有白天、傍晚、夜晚。單個發光體亮度誤差最大容忍度比例lterr為20％。

把亮度模式的重要性由高往低排，1代表的是優先級最高，n代表的是優先級最低，然後採用遍曆法，進行綜合計算。原理為先根據最優的亮度模式固定一些串聯電阻配置方案，然後對這些配置方案進行在不同亮度模式下的誤差值綜合選優。本實施例中，3個亮度模式的優先級順序為夜晚、傍晚、白天，即夜晚模式下為最重要的模式。

步驟3-1、計算出所有發光體在亮度模式為1、所有脈寬調製方波的佔空比在統一的情況下，進行發光體之間互相不關聯、各自獨立調整各自不同電阻阻值下，尋找各自發光體與亮度模式要求值的誤差值總和為最小那個電阻值配置。

本步驟先在統一的脈寬調製方波的佔空比下，對一個發光體窮盡所有電阻變化阻值可能性，找出其誤差為最小的那個阻值。然後再依次變化到其他所有發光體，窮儘其所有電阻變化阻值可能性，找出其誤差為最小的那個阻值。

本實施例中，即首先在第1個脈寬調製方波的佔空比(0.4％)下，先改變第1個發光體的串聯電阻阻值，從100歐姆變化到100k歐姆，共計32種變化。在這個32個結果中，尋找誤差最小值。然後依次對剩下的99個發光體，單獨各自改變其電阻變化，尋找其各自的誤差最小值。

該步驟用公式表達如下：

在優先級為1的亮度模式下，可變化的脈寬調製方波佔空比為第i個時，第m個發光體的優化串聯電阻配置方法為如下式：

ω1,m,i(j)＝l(m,i,j)-ltar1，其中，j＝1～jm

其中，ro(1,m,i)代表的是在模式為在優先級為1的亮度模式下，脈寬調製方波佔空比為第i個時，第m個發光體的最優串聯電阻阻值。

符號代表的是對應關係，當右邊式子條件成立的情況下，左邊對應的結果。

符號argmin{}代表的是要求右邊括號中的值為最小，本式子中即要求ω1,m,i(j)為最小，計ω1,m,i(j)為最小時為

l(m,i,j)為第m個發光體，在被設置為脈寬調製方波佔空比為第i個下、串聯的電阻阻值為第j個下的發光值，它由亮度計獲得。

ltar1為在所有工作開始時，預先人工設定的多個亮度模式中，優先級為1的亮度模式的目標亮度值。

整個式子表示，即在jm個串聯電阻配置中，選擇出實際測量的亮度值l(m,i,j)與預先人工設定的目標亮度值之間誤差最小的那個。

步驟3-2、在所有可變化的脈寬調製方波佔空比固定的情況下，滿足步驟3-1的條件下，所有發光體實際測量亮度值與預先人工設定的目標亮度值之間誤差之和進行從小到大的升序排序，得到list_n個電阻配置組合和它們的脈寬調製方波佔空比的值，其中，誤差之和越小越為最優。

本實施例中，即把步驟3-1得到的不同ro(1,m,i)，在可變化的脈寬調製方波佔空比i固定的情況下，計算出所有發光體的最優誤差之和ω1,i，這些從脈寬調製方波佔空比從1到im的最優誤差ω1,i構成了集合ω1(i)。本實施例中共有255個脈寬調製的可能，那麼ω1(i)就有從ω1(1)～ω1(255)個可能。本實施例中，把ω1(i)從小往大排，越小越優，從中選擇出最優的list_n＝10個串聯電阻配置組合roo(1,list,m,i)，其中，list＝1～list_n。該步驟僅僅涉及計算機計算，時間按毫秒計算。

該步驟用公式表達如下：

在優先級為1的亮度模式下，可變化的脈寬調製方波佔空比為第i個時，第m個發光體的優化串聯電阻配置方法為如下式：

ω1(i)＝{ω1,i}，其中，i＝1,…,im

其中，roo(1,list)代表的是在模式為在優先級為1的亮度模式下，最優排序為第list個最優時最優串聯電阻阻值配置方案，其信息內容包括有脈寬調製方波佔空比為第i個，第m個發光體的阻值。其各自最小的誤差和即ωo,1(list)即對應於ω1(i)，此刻最優佔空比pwmo,1(list)也同時可以對應獲得。

符號代表的是對應關係，當右邊式子條件成立的情況下，左邊對應的結果。

符號ω1,m(i)代表的是從脈寬調製方波佔空比從1到im的最優誤差之和構成了集合。

符號{}↑代表的是把符號內的集合，按照值從小到大排序，即越小越排在前面。

步驟3-3、然後以亮度模式為2即所有發光體亮度目標為ltar2的前提下，即僅僅是改變脈寬調製方波的佔空比，i從第1個變化到第im，得到list_n個電阻配置方案roo(1,list)在各個脈寬調製方波的佔空比的各自誤差和的集合ω2,i,list，然後在各自的電阻配置方案roo(1,list)下選出最小的誤差和的那個脈寬調製方波的佔空比作為自己的最優佔空比pwmo,2(list)，和最小誤差和ωo,2(list)。

本實施例中，list_n是10個，im為100個。假設listn＝1，那麼最優的過程就是在電阻配置方案roo(1,1)下，在100個佔空比下，找出誤差和為最小的那1個。list_n是10，那麼共有10組結果。

對應於第二個重要的亮度模式的誤差總和ω2(i)。

其中，i＝1,…,im

然後，然後以亮度模式為n即所有發光體亮度目標為ltarn的前提下，即僅僅是改變脈寬調製方波的佔空比，i從第1個變化到第im，得到list_n個電阻配置方案roo(1,list)在各個脈寬調製方波的佔空比的各自誤差和的集合ωn,i,list，然後在各自的電阻配置方案roo(1,list)下選出最小的誤差和的那個脈寬調製方波的佔空比作為自己的最優佔空比pwmo,n(list)，和最小誤差和ωo,n(list)。

本實施例中，n＝3；

步驟3-4、在上述所有的list＝1～list_n的電阻配置方案roo(1,list)下，計算出它們在不同模式下的最小誤差和的總和：

其中，ii從1變到n，代表的是不同的亮度模式。

然後，在這個list_n個結果中，以ωt(list)從小到大再次排序，得到roo(list)。

步驟3-5、計算這時rooo(1)的電阻配置方案的所有發光體在不同模式下的ltarn的差值是否大於lterr。如果，存在有這樣的情況，那麼在步驟3-4中選出rooo(2)電阻配置方案。並進行步驟7-4的判斷。如果仍有，那麼就選下一個，直至最後，如果全部沒有，那麼就退出報警。如果有，那麼輸出最優的roooo電阻配置方案，及其對應pwmoo,n。

其使用過程如下：

步驟4、得到roooo和pwmoo,n後，使用時，用戶就可以在電路上把所有的可調電阻的電路簡化為手動可調電阻阻值的可調電阻，用人工的方法把各自電阻阻值調整到roooo方案；然後在對應的模式下採用控制晶片統一輸出1路pwmoo,n值給所有的發光體，從而在極低成本的前提下，大大提高了光一致性。

以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護範圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護範圍之內。