楊成菊

LED屏幕廣告牌的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與發(fā)展現(xiàn)狀

楊成菊

（閩北職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建南平353000）

文章通過(guò)對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外LED屏幕廣告牌的發(fā)展現(xiàn)狀的調(diào)查了解得知，LED的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性以及可靠性、全色化方向發(fā)展，并從LED屏幕廣告牌的硬件、軟件、遙控方式等方面闡述了LED屏幕廣告牌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

LED屏幕顯示；廣告牌；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

LED顯示屏（LED panel），又叫電子顯示屏或者飄字屏幕。LED顯示屏可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形圖像，不僅可以用于室內(nèi)環(huán)境，還可以用于室外環(huán)境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。LED之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與它本身所具有的優(yōu)點(diǎn)分不開(kāi)的。這些優(yōu)點(diǎn)概括起來(lái)是：亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長(zhǎng)、耐沖擊和性能穩(wěn)定。LED的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性以及可靠性、全色化方向發(fā)展。

一、我國(guó)LED屏幕廣告牌的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)的LED屏幕廣告牌產(chǎn)業(yè)發(fā)展初具規(guī)模，經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，基本形成了一批具有一定規(guī)模的骨干企業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，至2008年底，年度銷(xiāo)售總額在1億元以上的企業(yè)有20多家，其銷(xiāo)售總額達(dá)50億元左右，占行業(yè)市場(chǎng)總額的70%以上。全國(guó)從事LED顯示屏的各類(lèi)企業(yè)有100余家。我國(guó)LED屏幕廣告牌產(chǎn)業(yè)在規(guī)模發(fā)展的同時(shí)，產(chǎn)品技術(shù)推陳出新，一直保持比較先進(jìn)的水平。上世紀(jì)90年代初即具備了成熟的16級(jí)灰度256色視頻控制技術(shù)及無(wú)線(xiàn)遙控等國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平技術(shù)，近年在全彩色LED屏幕廣告牌、256級(jí)灰度視頻控制技術(shù)、集群無(wú)經(jīng)線(xiàn)控制、多級(jí)群控技術(shù)等方面均有國(guó)內(nèi)先進(jìn)、達(dá)到國(guó)際水平的技術(shù)和產(chǎn)品出現(xiàn)。LED屏幕廣告牌控制專(zhuān)用大規(guī)模集成電路也已由國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)并得到應(yīng)用。在上海世博會(huì)的籌建中，LED屏幕廣告牌就得到廣泛應(yīng)用。

二、LED屏幕廣告牌系統(tǒng)設(shè)計(jì)

LED顯示屏，又叫電子顯示屏或者飄字屏幕，是由LED點(diǎn)陣組成，通過(guò)燈珠的亮滅來(lái)顯示文字、圖片、動(dòng)畫(huà)、視頻，內(nèi)容可以隨時(shí)更換，各部分組件都是模塊化結(jié)構(gòu)的顯示器件。通常由顯示模塊、控制系統(tǒng)及電源系統(tǒng)組成。顯示模塊由LED燈組成的點(diǎn)陣構(gòu)成，負(fù)責(zé)發(fā)光顯示；控制系統(tǒng)通過(guò)控制相應(yīng)區(qū)域的亮滅，可以讓屏幕顯示文字、圖片、視頻等內(nèi)容，恒舞動(dòng)卡主要是播放動(dòng)畫(huà)的；電源系統(tǒng)負(fù)責(zé)將輸入電壓電流轉(zhuǎn)為顯示屏需要的電壓電流。LED屏幕廣告牌系統(tǒng)也分為硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)。

（一）硬件系統(tǒng)

整個(gè)系統(tǒng)由四個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)組成，即上位機(jī)、手持發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和顯示屏系統(tǒng)。

1.上位機(jī)。上位機(jī)直接選用通用PC機(jī)，其任務(wù)是完成顯示信息的錄入和編輯，再經(jīng)過(guò)點(diǎn)陣抽取和移動(dòng)算法將顯示信息轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)ED顯示屏對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，并通過(guò)PC機(jī)的串行口將點(diǎn)陣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到手持發(fā)射機(jī)中。

2.手持發(fā)射機(jī)。發(fā)射機(jī)由單片機(jī)、鍵盤(pán)、編碼器、發(fā)射器、串行通信接口和UPS供電系統(tǒng)組成。其作用是將上位機(jī)傳來(lái)的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)和面板鍵盤(pán)上接收到的命令經(jīng)編碼、調(diào)制后，以碼分多址通信方式轉(zhuǎn)發(fā)給戶(hù)外的用戶(hù)群，并可現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置和調(diào)試顯示屏的顯示格式。

3.接收機(jī)。接收機(jī)和顯示模塊由接收器、譯碼器、單片機(jī)、顯示驅(qū)動(dòng)及供電系統(tǒng)組成。其作用是將接收到的高頻信號(hào)經(jīng)放大整形、解調(diào)譯碼后，再并行輸出給單片機(jī)，由單片機(jī)對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別、轉(zhuǎn)存，實(shí)時(shí)改變顯示方式和顯示內(nèi)容，并驅(qū)動(dòng)LED顯示屏。

4.顯示屏。LED顯示屏，主要負(fù)責(zé)責(zé)接收來(lái)自計(jì)算機(jī)串行口或DVI接口的畫(huà)面及視頻顯示信息，置入幀存儲(chǔ)器，按分區(qū)驅(qū)動(dòng)方式生成LED顯示屏所能識(shí)別的串行顯示數(shù)據(jù)和掃描控制時(shí)序。

顯示屏系統(tǒng)包括異步控制系統(tǒng)與同步控制系統(tǒng)。

(1)異步控制系統(tǒng)。LED顯示屏異步控制系統(tǒng)又稱(chēng)LED顯示屏脫機(jī)控制系統(tǒng)或脫機(jī)卡，主要用來(lái)顯示各種文字、符號(hào)和圖形或動(dòng)畫(huà)為主。畫(huà)面顯示信息由計(jì)算機(jī)編輯，經(jīng)RS232/485串行口預(yù)先置入LED顯示屏的幀存儲(chǔ)器，然后逐屏顯示播放，循環(huán)往復(fù)，顯示方式豐富多彩、變化多樣。其主要特點(diǎn)是：操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用范圍較廣。LED顯示屏簡(jiǎn)易異步控制系統(tǒng)只可以顯示數(shù)字時(shí)鐘、文字、特殊字符。LED顯示屏圖文異步控制系統(tǒng)除具有簡(jiǎn)易控制系統(tǒng)的功能外，最大的特點(diǎn)是可以分區(qū)域控制顯示屏幕內(nèi)容。支持模擬時(shí)鐘顯示、倒計(jì)時(shí)、圖片、表格及動(dòng)畫(huà)顯示。具有定時(shí)開(kāi)關(guān)機(jī)、溫度控制、濕度控制等功能。

(2)同步控制系統(tǒng)。LED顯示屏同步控制系統(tǒng)，主要用來(lái)實(shí)時(shí)顯示視頻、圖文、通知等。主要用于室內(nèi)或戶(hù)外全彩大屏幕顯示屏。LED顯示屏同步控制系統(tǒng)控制LED顯示屏的工作方式基本等同于電腦的監(jiān)視器，它以至少60幀/秒更新速率點(diǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)地實(shí)時(shí)映射電腦監(jiān)視器上的圖像,通常具有多灰度的顏色顯示能力，可達(dá)到多媒體的宣傳廣告效果。其主要特點(diǎn)是：實(shí)時(shí)性、表現(xiàn)力豐富、操作較為復(fù)雜、價(jià)格高。一套LED顯示屏同步控制系統(tǒng)一般由發(fā)送卡、接收卡和DVI顯卡組成。

（二）軟件系統(tǒng)

該系統(tǒng)的軟件主要由三大模塊組成，即上位機(jī)主控程序、發(fā)射機(jī)主控程序和接收機(jī)主控程序。

1.上位機(jī)主控程序。上位機(jī)主控程序?qū)嶋H上包括顯示信息生成程序、顯示點(diǎn)陣轉(zhuǎn)換程序和串口通信程序，是三大主控程序中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的一部分。顯示信息生成程序完成顯示圖像和文字的錄入、編輯及動(dòng)畫(huà)效果設(shè)計(jì)。該程序首先采用WINDOWS平臺(tái)下的主控程序與底層通信軟件結(jié)合，通過(guò)串行及并行通信口完成用戶(hù)對(duì)源文件、INTERNET接口及其他輸入設(shè)備的多參數(shù)錄入。在此基礎(chǔ)上用VisualC＋＋語(yǔ)言設(shè)計(jì)了主控軟件，生成動(dòng)畫(huà)，并通過(guò)界面和對(duì)話(huà)框的形式實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)上位機(jī)系統(tǒng)的可視化控制。顯示點(diǎn)陣轉(zhuǎn)換程序就是將生成的顯示信息通過(guò)點(diǎn)陣抽取和移動(dòng)算法將顯示信息轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)ED顯示屏對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)。對(duì)于彩色顯示屏，需要將圖像信息的RGB三基色數(shù)據(jù)分別抽樣，并分塊存儲(chǔ)、順序轉(zhuǎn)發(fā)；對(duì)于連續(xù)的動(dòng)畫(huà)圖像，要按幀分別計(jì)算偏移量，關(guān)鍵是背景圖像與動(dòng)畫(huà)文字要同步。該部分的軟件在TURBOC3.0的環(huán)境下編寫(xiě)的。

2.發(fā)射機(jī)主控程序。發(fā)射機(jī)主控軟件的功能是通過(guò)串行口接收上位PC機(jī)發(fā)送來(lái)的圖像點(diǎn)陣，讀取鍵盤(pán)命令，并向編碼器串行發(fā)送操作命令或顯示數(shù)據(jù)。該部分的軟件是在KeilC51環(huán)境下編寫(xiě)的，它可以將C語(yǔ)言直接翻譯成匯編語(yǔ)言，生成二進(jìn)制碼寫(xiě)入單片機(jī)，這樣編寫(xiě)效率高一些。程序是依靠中斷方式來(lái)工作的，開(kāi)機(jī)后等待串行口和INT0的觸發(fā)。當(dāng)串行口觸發(fā)，則表明PC機(jī)有圖像點(diǎn)陣數(shù)據(jù)傳來(lái)，單片機(jī)立即接收點(diǎn)陣數(shù)據(jù)存于RAM中；當(dāng)INT0觸發(fā)，表明鍵盤(pán)有動(dòng)作，立即接收鍵值判斷命令的類(lèi)別，并向接收機(jī)發(fā)送圖像點(diǎn)陣數(shù)據(jù)或者操作命令。

3.接收機(jī)主控程序。該部分軟件的功能是完成對(duì)接收數(shù)據(jù)的識(shí)別、存儲(chǔ)、變換和顯示驅(qū)動(dòng)，并可實(shí)現(xiàn)本地本機(jī)的自檢，顯示固化圖像。當(dāng)接收裝置的譯碼芯片有輸出時(shí)，單片機(jī)就中斷當(dāng)前的顯示，接收標(biāo)志字，然后判斷此標(biāo)志字的內(nèi)容，確定將接收的是圖像點(diǎn)陣還是操作控制命令。若是點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，就將其連續(xù)接收存放到一個(gè)顯示緩沖數(shù)據(jù)庫(kù)中，按當(dāng)前的方式顯示；若是命令，則立刻改變顯示方式。其中，關(guān)鍵的是圖像上、下、左、右移動(dòng)的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

(1)圖像的上下移動(dòng)將一圖像點(diǎn)陣中的上一行數(shù)據(jù)賦給BUF中對(duì)應(yīng)的下一行，直到一個(gè)圖像的移完為止；再移下一個(gè)圖像的點(diǎn)陣。上移的過(guò)程類(lèi)似。

(2)圖像的左右移動(dòng)將一圖像的每一行數(shù)據(jù)向左移位，將移位后的點(diǎn)陣存放于BUF之中，即可顯示。右移的過(guò)程類(lèi)似。

三、LED屏幕廣告牌系統(tǒng)的遙控方式

LED屏幕廣告牌系統(tǒng)的遙控方式一般有如下幾種類(lèi)型：聲控、光控、無(wú)線(xiàn)電遙控、紅外遙控等等。

1.聲控方式。聲控就是用聲音去控制對(duì)象動(dòng)作，一般采用駐極體話(huà)筒或壓電陶瓷片作為傳感元件來(lái)拾取聲音，通過(guò)電路放大驅(qū)動(dòng)后級(jí)電子開(kāi)關(guān)動(dòng)作。為防止外界音頻干擾，可以采用超聲波控制，但也有故意選用聲頻來(lái)進(jìn)行控制的，比如用小孩發(fā)出的聲音頻率去控制聲控玩具娃娃的哭笑動(dòng)作等。

2.光控方式。簡(jiǎn)單的單通道光控電路是利用光敏管受光以后內(nèi)阻發(fā)生變化使電子開(kāi)關(guān)的狀態(tài)發(fā)生變化，傳感器有光敏二極管、光敏三極管、光敏電阻、光敏電池等等。這個(gè)光源既可以是可見(jiàn)光，也可以是紅外線(xiàn)等不可見(jiàn)光源，不同的光敏元件有著不同的光譜。復(fù)雜一些的光控電路則能夠完成多通道開(kāi)關(guān)或模擬量變化控制，應(yīng)用極其廣泛，可以說(shuō)家家都有。因?yàn)閹нb控的電視機(jī)、功放音響、VCD錄像機(jī)等家用電器的遙控器都是利用紅外線(xiàn)光源進(jìn)行遙控的典例。

3.紅外遙控方式。紅外遙控就是把紅外線(xiàn)作為載體的遙控方式。由于紅外線(xiàn)的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于無(wú)線(xiàn)電波的波長(zhǎng)，因此在采用紅外遙控方式時(shí)，不會(huì)干擾其他電器的正常工作，也不會(huì)影響臨近的無(wú)線(xiàn)電設(shè)備。同時(shí)，由于采用紅外線(xiàn)遙控器件時(shí)，工作電壓低、功耗小，外圍電路簡(jiǎn)單，因此它在日常工作生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

4.無(wú)線(xiàn)電遙控方式。無(wú)線(xiàn)電遙控電路比起聲控或光控電路復(fù)雜多了，但控制距離也更遠(yuǎn)是它的主要特點(diǎn)，光控、聲控電路一般僅有幾米到十幾米的作用距離，而無(wú)線(xiàn)電遙控視不同的應(yīng)用場(chǎng)合近可以是零點(diǎn)幾米，遠(yuǎn)則可以超越地球到達(dá)太空。它由發(fā)射電路和接收電路兩個(gè)部分組成，當(dāng)接收機(jī)收到發(fā)射機(jī)發(fā)出的無(wú)線(xiàn)電波以后驅(qū)動(dòng)電子開(kāi)關(guān)電路工作。所以它的發(fā)射頻率與接收頻率必須是完全相同的。

四、LED屏幕廣告牌系統(tǒng)的性能檢測(cè)指標(biāo)

一般戶(hù)外LED屏幕廣告應(yīng)滿(mǎn)足以下參數(shù)要求：1）圖像錄入功能掃描儀、攝像頭、數(shù)碼相機(jī)、圖像源文件；2）文字錄入功能鍵盤(pán)、WORD/TEXT源文件；3）動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)功能文字或圖形相對(duì)于背景移動(dòng)、縮放；4）發(fā)射機(jī)設(shè)置功能接收機(jī)序列號(hào)、圖像移動(dòng)命令、自檢命令、發(fā)射命令；5）接收機(jī)自檢功能顯示藍(lán)草坪背景和“歡迎光臨”移動(dòng)字符；6）發(fā)射機(jī)待機(jī)時(shí)間≥120h；7）發(fā)射機(jī)遙控距離≥250m；8）發(fā)射機(jī)緩存空間8MByte；9）LED顯示屏320×640DIP；10）接收顯示系統(tǒng)功耗≤4kW。

LED屏幕廣告牌動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)功能文字或圖形相對(duì)于背景移動(dòng)，縮放自然，發(fā)射機(jī)設(shè)置功能、接收機(jī)自檢功能正常，發(fā)射機(jī)待機(jī)時(shí)間、遙控距離、緩存空間、接收顯示系統(tǒng)功耗等均滿(mǎn)足以上參數(shù)要求才能通過(guò)測(cè)試。遙控型LED屏幕廣告牌增強(qiáng)了廣告牌的實(shí)用性與穩(wěn)定性，使信息顯示靈活，容易人工控制。

五、結(jié)語(yǔ)

毋庸置疑，LED顯示屏有很大的市場(chǎng)空間，特別是LED照明領(lǐng)域，對(duì)商家來(lái)說(shuō)，既是機(jī)遇，更是挑戰(zhàn)。

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1673-0046（2010）9-0180-03