楊成菊

LED屏幕廣告牌的系統(tǒng)設計與發(fā)展現(xiàn)狀

楊成菊

（閩北職業(yè)技術(shù)學院，福建南平353000）

文章通過對當前國內(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)的設計。

LED屏幕顯示；廣告牌；系統(tǒng)設計

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、液晶顯示屏無法比擬的優(yōu)點。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)點分不開的。這些優(yōu)點概括起來是：亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長、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LED屏幕廣告牌的發(fā)展現(xiàn)狀

我國的LED屏幕廣告牌產(chǎn)業(yè)發(fā)展初具規(guī)模，經(jīng)過幾年的發(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，至2008年底，年度銷售總額在1億元以上的企業(yè)有20多家，其銷售總額達50億元左右，占行業(yè)市場總額的70%以上。全國從事LED顯示屏的各類企業(yè)有100余家。我國LED屏幕廣告牌產(chǎn)業(yè)在規(guī)模發(fā)展的同時，產(chǎn)品技術(shù)推陳出新，一直保持比較先進的水平。上世紀90年代初即具備了成熟的16級灰度256色視頻控制技術(shù)及無線遙控等國內(nèi)先進水平技術(shù)，近年在全彩色LED屏幕廣告牌、256級灰度視頻控制技術(shù)、集群無經(jīng)線控制、多級群控技術(shù)等方面均有國內(nèi)先進、達到國際水平的技術(shù)和產(chǎn)品出現(xiàn)。LED屏幕廣告牌控制專用大規(guī)模集成電路也已由國內(nèi)企業(yè)開發(fā)生產(chǎn)并得到應用。在上海世博會的籌建中，LED屏幕廣告牌就得到廣泛應用。

二、LED屏幕廣告牌系統(tǒng)設計

LED顯示屏，又叫電子顯示屏或者飄字屏幕，是由LED點陣組成，通過燈珠的亮滅來顯示文字、圖片、動畫、視頻，內(nèi)容可以隨時更換，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燈組成的點陣構(gòu)成，負責發(fā)光顯示；控制系統(tǒng)通過控制相應區(qū)域的亮滅，可以讓屏幕顯示文字、圖片、視頻等內(nèi)容，恒舞動卡主要是播放動畫的；電源系統(tǒng)負責將輸入電壓電流轉(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)

整個系統(tǒng)由四個相對獨立的子系統(tǒng)組成，即上位機、手持發(fā)射機、接收機和顯示屏系統(tǒng)。

1.上位機。上位機直接選用通用PC機，其任務是完成顯示信息的錄入和編輯，再經(jīng)過點陣抽取和移動算法將顯示信息轉(zhuǎn)換為LED顯示屏對應的點陣數(shù)據(jù)，并通過PC機的串行口將點陣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到手持發(fā)射機中。

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

3.接收機。接收機和顯示模塊由接收器、譯碼器、單片機、顯示驅(qū)動及供電系統(tǒng)組成。其作用是將接收到的高頻信號經(jīng)放大整形、解調(diào)譯碼后，再并行輸出給單片機，由單片機對接收數(shù)據(jù)進行識別、轉(zhuǎn)存，實時改變顯示方式和顯示內(nèi)容，并驅(qū)動LED顯示屏。

4.顯示屏。LED顯示屏，主要負責責接收來自計算機串行口或DVI接口的畫面及視頻顯示信息，置入幀存儲器，按分區(qū)驅(qū)動方式生成LED顯示屏所能識別的串行顯示數(shù)據(jù)和掃描控制時序。

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LED顯示屏脫機控制系統(tǒng)或脫機卡，主要用來顯示各種文字、符號和圖形或動畫為主。畫面顯示信息由計算機編輯，經(jīng)RS232/485串行口預先置入LED顯示屏的幀存儲器，然后逐屏顯示播放，循環(huán)往復，顯示方式豐富多彩、變化多樣。其主要特點是：操作簡單、價格低廉、使用范圍較廣。LED顯示屏簡易異步控制系統(tǒng)只可以顯示數(shù)字時鐘、文字、特殊字符。LED顯示屏圖文異步控制系統(tǒng)除具有簡易控制系統(tǒng)的功能外，最大的特點是可以分區(qū)域控制顯示屏幕內(nèi)容。支持模擬時鐘顯示、倒計時、圖片、表格及動畫顯示。具有定時開關(guān)機、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)，主要用來實時顯示視頻、圖文、通知等。主要用于室內(nèi)或戶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/秒更新速率點點對應地實時映射電腦監(jiān)視器上的圖像,通常具有多灰度的顏色顯示能力，可達到多媒體的宣傳廣告效果。其主要特點是：實時性、表現(xiàn)力豐富、操作較為復雜、價格高。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，即上位機主控程序、發(fā)射機主控程序和接收機主控程序。

1.上位機主控程序。上位機主控程序?qū)嶋H上包括顯示信息生成程序、顯示點陣轉(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、編輯及動畫效果設計。該程序首先采用WINDOWS平臺下的主控程序與底層通信軟件結(jié)合，通過串行及并行通信口完成用戶對源文件、INTERNET接口及其他輸入設備的多參數(shù)錄入。在此基礎(chǔ)上用VisualC＋＋語言設計了主控軟件，生成動畫，并通過界面和對話框的形式實現(xiàn)了對整個上位機系統(tǒng)的可視化控制。顯示點陣轉(zhuǎn)換程序就是將生成的顯示信息通過點陣抽取和移動算法將顯示信息轉(zhuǎn)換為LED顯示屏對應的點陣數(shù)據(jù)。對于彩色顯示屏，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、順序轉(zhuǎn)發(fā)；對于連續(xù)的動畫圖像，要按幀分別計算偏移量，關(guān)鍵是背景圖像與動畫文字要同步。該部分的軟件在TURBOC3.0的環(huán)境下編寫的。

2.發(fā)射機主控程序。發(fā)射機主控軟件的功能是通過串行口接收上位PC機發(fā)送來的圖像點陣，讀取鍵盤命令，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)境下編寫的，它可以將C語言直接翻譯成匯編語言，生成二進制碼寫入單片機，這樣編寫效率高一些。程序是依靠中斷方式來工作的，開機后等待串行口和INT0的觸發(fā)。當串行口觸發(fā)，則表明PC機有圖像點陣數(shù)據(jù)傳來，單片機立即接收點陣數(shù)據(jù)存于RAM中；當INT0觸發(fā)，表明鍵盤有動作，立即接收鍵值判斷命令的類別，并向接收機發(fā)送圖像點陣數(shù)據(jù)或者操作命令。

3.接收機主控程序。該部分軟件的功能是完成對接收數(shù)據(jù)的識別、存儲、變換和顯示驅(qū)動，并可實現(xiàn)本地本機的自檢，顯示固化圖像。當接收裝置的譯碼芯片有輸出時，單片機就中斷當前的顯示，接收標志字，然后判斷此標志字的內(nèi)容，確定將接收的是圖像點陣還是操作控制命令。若是點陣數(shù)據(jù)，就將其連續(xù)接收存放到一個顯示緩沖數(shù)據(jù)庫中，按當前的方式顯示；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、右移動的實時實現(xiàn)。具體實現(xiàn)方法如下：

(1)圖像的上下移動將一圖像點陣中的上一行數(shù)據(jù)賦給BUF中對應的下一行，直到一個圖像的移完為止；再移下一個圖像的點陣。上移的過程類似。

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

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型：聲控、光控、無線電遙控、紅外遙控等等。

1.聲控方式。聲控就是用聲音去控制對象動作，一般采用駐極體話筒或壓電陶瓷片作為傳感元件來拾取聲音，通過電路放大驅(qū)動后級電子開關(guān)動作。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進行控制的，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作等。

2.光控方式。簡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。這個光源既可以是可見光，也可以是紅外線等不可見光源，不同的光敏元件有著不同的光譜。復雜一些的光控電路則能夠完成多通道開關(guān)或模擬量變化控制，應用極其廣泛，可以說家家都有。因為帶遙控的電視機、功放音響、VCD錄像機等家用電器的遙控器都是利用紅外線光源進行遙控的典例。

3.紅外遙控方式。紅外遙控就是把紅外線作為載體的遙控方式。由于紅外線的波長遠小于無線電波的波長，因此在采用紅外遙控方式時，不會干擾其他電器的正常工作，也不會影響臨近的無線電設備。同時，由于采用紅外線遙控器件時，工作電壓低、功耗小，外圍電路簡單，因此它在日常工作生活中的應用越來越廣泛。

4.無線電遙控方式。無線電遙控電路比起聲控或光控電路復雜多了，但控制距離也更遠是它的主要特點，光控、聲控電路一般僅有幾米到十幾米的作用距離，而無線電遙控視不同的應用場合近可以是零點幾米，遠則可以超越地球到達太空。它由發(fā)射電路和接收電路兩個部分組成，當接收機收到發(fā)射機發(fā)出的無線電波以后驅(qū)動電子開關(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)的性能檢測指標

一般戶外LED屏幕廣告應滿足以下參數(shù)要求：1）圖像錄入功能掃描儀、攝像頭、數(shù)碼相機、圖像源文件；2）文字錄入功能鍵盤、WORD/TEXT源文件；3）動畫設計功能文字或圖形相對于背景移動、縮放；4）發(fā)射機設置功能接收機序列號、圖像移動命令、自檢命令、發(fā)射命令；5）接收機自檢功能顯示藍草坪背景和“歡迎光臨”移動字符；6）發(fā)射機待機時間≥120h；7）發(fā)射機遙控距離≥250m；8）發(fā)射機緩存空間8MByte；9）LED顯示屏320×640DIP；10）接收顯示系統(tǒng)功耗≤4kW。

LED屏幕廣告牌動畫設計功能文字或圖形相對于背景移動，縮放自然，發(fā)射機設置功能、接收機自檢功能正常，發(fā)射機待機時間、遙控距離、緩存空間、接收顯示系統(tǒng)功耗等均滿足以上參數(shù)要求才能通過測試。遙控型LED屏幕廣告牌增強了廣告牌的實用性與穩(wěn)定性，使信息顯示靈活，容易人工控制。

五、結(jié)語

毋庸置疑，LED顯示屏有很大的市場空間，特別是LED照明領(lǐng)域，對商家來說，既是機遇，更是挑戰(zhàn)。

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1673-0046（2010）9-0180-03