一 สาระสำคัญทางเทคนิคของระบบแบ็คไลท์หน้าจอรหัสส่วน
หน้าจอรหัสแบ่งส่วนนั้นเป็นของอุปกรณ์เปล่งแสง-แบบพาสซีฟ และหลักการแสดงผลจะขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงการจัดเรียงของโมเลกุลผลึกเหลวภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า เพื่อให้ได้การส่งผ่านแสงแบบเลือกผ่านฟิล์มโพลาไรซ์ เนื่องจากตัววัสดุคริสตัลเหลวเองไม่ปล่อยแสง จึงต้องใช้แหล่งกำเนิดแสงภายนอก (เช่น ระบบแบ็คไลท์) เพื่อให้ได้การแสดงผลที่มองเห็นได้ ระบบแบ็คไลท์มักประกอบด้วยส่วนประกอบต่างๆ เช่น แหล่งกำเนิดแสง LED แผ่นนำแสง ฟิล์มสะท้อนแสง และฟิล์มกระจาย การใช้พลังงานคิดเป็น 60% -80% ของการใช้พลังงานทั้งหมดของหน้าจอโค้ดที่แบ่งส่วน ทำให้หน้าจอเหล่านี้กลายเป็นเป้าหมายหลักของการเพิ่มประสิทธิภาพการประหยัดพลังงาน
จากมุมมองของสถาปัตยกรรมทางเทคนิค มีโหมดทั่วไปของการควบคุมแบ็คไลท์อยู่สองโหมด:
ประเภทการควบคุมส่วนกลาง: ส่องสว่างพื้นที่แสดงผลทั้งหมดผ่านแหล่งแสงพื้นหลังเดียว เหมาะสำหรับฉากการแสดงผลดิจิทัลทั่วไป เช่น เครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์และเครื่องวัดอุณหภูมิ
ประเภทการควบคุมพาร์ติชัน: การใช้ LED หลายชุดเพื่อให้สามารถปรับแสงพื้นหลังตามภูมิภาคได้อย่างอิสระ ซึ่งมักใช้ในอุปกรณ์แสดงผลกราฟิกที่ซับซ้อน เช่น มิเตอร์อัจฉริยะและจอภาพทางการแพทย์
2 ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีประหยัดพลังงาน-ในระดับฮาร์ดแวร์
1. นวัตกรรมด้านวัสดุแหล่งกำเนิดแสง
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 (>แผ่นนำแสง 98%) การใช้พลังงานแบ็คไลท์ลดลง 40% ในขณะที่ยังคงความสว่างของจอแสดงผล ตัวอย่างเช่น ในโครงการมาตรวัดน้ำอัจฉริยะบางโครงการ โมดูลแบ็คไลท์แบบกำหนดเองจะใช้เพื่อให้มีอายุการใช้งานแบตเตอรี่ 10 ปีภายใต้กระแสไฟทำงานที่ 5 μ A
2. การเพิ่มประสิทธิภาพของวงจรขับเคลื่อน
การเลือกใช้ IC ไดรเวอร์ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของแบ็คไลท์ โซลูชั่นหลักได้แก่:
ชิปกระแสคงที่ต่ำ: เช่น IC ไดรเวอร์ซีรีส์ HT1621 ที่มีกระแสคงที่ต่ำเพียง 0.5 μ A ซึ่งรองรับวิธีการขับแบบไบแอส 1/2 สามารถลดการใช้พลังงานการสแกนแบบไดนามิกลง 30%
วงจรลดแสงอัจฉริยะ: ปรับความสว่างได้ 0-100% ผ่านเทคโนโลยี PWM (การปรับความกว้างพัลส์) และทำงานร่วมกับเซ็นเซอร์ไวแสงเพื่อให้ได้รับการควบคุมแสงโดยรอบแบบปรับได้ กล่องอุปกรณ์ทางการแพทย์แสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีนี้ปรับการใช้พลังงานของแบ็คไลท์แบบไดนามิกให้สอดคล้องกับความสว่างของสิ่งแวดล้อม ทำให้มีอัตราการประหยัดพลังงานถึง 55%
3. การออกแบบนวัตกรรมโครงสร้าง
ระบบแบ็คไลท์แบบโมดูลาร์ที่พัฒนาโดย Ningbo Xuda Electronics ประหยัดพลังงานผ่านการออกแบบดังต่อไปนี้:
โครงสร้างนำแสงแบบเป็นชั้น: วางแหล่งกำเนิดแสง LED ไว้ที่ขอบของแผ่นนำแสง และใช้หลักการสะท้อนแสงทั้งหมดเพื่อให้ได้แสงที่สม่ำเสมอและลดการสูญเสียแสง
การควบคุมพาร์ติชันอัจฉริยะ: แบ่งพื้นที่แสดงผลออกเป็นเมทริกซ์ขนาด 4 × 4 ควบคุมสวิตช์แบ็คไลท์ของแต่ละพาร์ติชันอย่างอิสระผ่าน MCU และปิดแบ็คไลท์ของพื้นที่ที่ไม่จำเป็นเมื่อแสดงเนื้อหาคงที่
3 แนวทางปฏิบัติในการประหยัดพลังงานของกลยุทธ์การควบคุมซอฟต์แวร์
1. การจัดการพลังงานระดับระบบ
ในระบบ Linux แบบฝัง การควบคุมแบ็คไลท์สามารถทำได้ผ่านสามเส้นทาง:
การควบคุมอินเทอร์เฟซ Sysfs: เขียนโดยตรงไปยังไฟล์/sys/class/packlight/packlight0/brightness (ปิด 0) เหมาะสำหรับสถานการณ์ไดรเวอร์มาตรฐาน
การเรียก Framebuffer ioctl: ควบคุมผ่านคำสั่ง FBIOBLANK (โดยปิดพารามิเตอร์ 1) เหมาะสำหรับระบบแบบกำหนดเองที่ไม่รองรับ sysfs
การควบคุมโดยตรง GPIO: หากแบ็คไลท์เชื่อมต่อกับพิน GPIO การตอบสนองระดับมิลลิวินาทีสามารถทำได้ผ่านการดำเนินการไดเร็กทอรี /sys/class/gpio
ข้อมูลการทดสอบจริงของโครงการควบคุมทางอุตสาหกรรมบางโครงการแสดงให้เห็นว่าหลังจากใช้กลยุทธ์การควบคุมแบ็คไลท์แบบไดนามิกแล้ว:
เมื่อแสดงเนื้อหาคงที่: อัตรารีเฟรชลดลงจาก 60Hz เป็น 5Hz, การใช้พลังงานลดลง 72%
ในโหมดกลางคืน: ความสว่างของแบ็คไลท์ลดลงเหลือ 10%, การใช้พลังงานลดลง 89%
เมื่อปิดไฟแบ็คไลท์โดยสมบูรณ์: การใช้พลังงานโดยรวมของเครื่องลดลงจาก 2.2mA เป็น 0.57mA
2. อัลกอริธึมการประหยัดพลังงานในชั้นแอปพลิเคชัน-
"อัลกอริธึมการประหยัดพลังงาน-โดยคำนึงถึงสถานการณ์" ที่พัฒนาโดยผู้ผลิตอุปกรณ์อัจฉริยะสามารถบรรลุผล:
ปุ่มเรียกใช้แสงพื้นหลัง: จะสว่างขึ้นเมื่อผู้ใช้ใช้งานเท่านั้น และจะปิดโดยอัตโนมัติหลังจากผ่านไป 3 วินาที
ไฟแบ็คไลท์สัญญาณเตือนที่ผิดปกติ: จะสว่างเฉพาะไฟแบ็คไลท์สีแดงเมื่ออุปกรณ์ทำงานล้มเหลว และยังคงดับอยู่ในสถานะปกติ
กลยุทธ์การนอนหลับตามกำหนดเวลา: เข้าสู่โหมดหลับลึกโดยอัตโนมัติในช่วงเวลาที่ไม่ใช่ทำงานตามรูปแบบการใช้งานอุปกรณ์
หลังจากใช้อัลกอริธึมนี้กับโครงการมิเตอร์อัจฉริยะบางโครงการ เวลาแบ็คไลท์ก็ลดลงจากเฉลี่ย 8 ชั่วโมงต่อวันเหลือ 15 นาที และประหยัดพลังงานต่อปีได้ถึง 1.2 กิโลวัตต์ชั่วโมง
4 กรณีการใช้งานในอุตสาหกรรมและการตรวจสอบข้อมูล
1. สาขาอุปกรณ์การแพทย์
จอภาพบางยี่ห้อใช้เทคโนโลยีการควบคุมแสงพื้นหลังของพาร์ติชัน โดยแบ่งพื้นที่แสดงผลออกเป็นสามพาร์ติชันอิสระ ได้แก่ อัตราการเต้นของหัวใจ ออกซิเจนในเลือด และความดันโลหิต ในระหว่างขั้นตอนการตรวจสอบที่เสถียร จะมีเพียงไฟแบ็คไลท์ของพาร์ติชันจอแสดงผลปัจจุบันเท่านั้นที่จะถูกเก็บไว้ และการใช้พลังงานที่วัดได้จะลดลงจาก 12mA เป็น 3.5mA และอายุการใช้งานแบตเตอรี่จะขยายเป็น 72 ชั่วโมง
2. ในด้านสมาร์ทโฮม
เทอร์โมสตัทอัจฉริยะบางตัวบรรลุผล:
Strong light environment (>1,000lux): ความสว่างแบ็คไลท์ 100%
แสงปานกลาง (300-1000lux): ความสว่างของแสงพื้นหลัง 50%
สภาพแวดล้อมที่มีแสงน้อย (<300lux): Backlight brightness of 20%
โหมดกลางคืน (<50lux): Backlight off
โซลูชันนี้ช่วยลดการใช้พลังงานในแต่ละวันของอุปกรณ์จาก 0.8Wh เหลือ 0.2Wh ซึ่งเป็นไปตามมาตรฐานประสิทธิภาพการใช้พลังงานของ EU ERP
3. สาขาเครื่องมือวัดทางอุตสาหกรรม
เครื่องส่งสัญญาณความดันบางตัวใช้กลยุทธ์ "การรีเฟรชแบบไดนามิก + การควบคุมแบ็คไลท์":
การตรวจสอบปกติ: รีเฟรชข้อมูลทุกๆ 5 วินาที ปิดไฟแบ็คไลท์
การเปลี่ยนแปลงข้อมูล: เมื่อตรวจพบความผันผวนของแรงดัน ให้รีเฟรชทันทีและเปิดไฟแบ็คไลท์ (เป็นเวลา 2 วินาที)
สถานะสัญญาณเตือน: เปิดไฟแบ็คไลท์สีแดงอย่างต่อเนื่องจนกว่าข้อผิดพลาดจะได้รับการแก้ไข
การทดสอบแสดงให้เห็นว่าโซลูชันนี้ช่วยยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของอุปกรณ์จาก 3 ปีเป็น 5 ปี และลดต้นทุนการเปลี่ยนแบตเตอรี่ได้ 60%
