邵景峰，馬曉紅，黨金房，任克儉

(1.西安工程大學(xué)教務(wù)處，陜西西安710048;2.咸陽華潤紡織有限公司動(dòng)力與能源部，陜西咸陽712000;3.陜西風(fēng)輪紡織股份有限公司生產(chǎn)技術(shù)部，陜西咸陽712000)

近幾年，LED技術(shù)發(fā)展相對比較成熟，已成功地應(yīng)用于各行各業(yè)，得到了用戶的普遍青睞［1－2］。就紡織行業(yè)而言，LED 的應(yīng)用也相對較早，如常州市武進(jìn)五洋紡織機(jī)械有限公司、武漢佳德公司等很早就開發(fā)了面向紡織車間的LED顯示屏系統(tǒng)［3］，進(jìn)行生產(chǎn)車間制造過程的跟蹤管理。隨著國家科技部“十一五”制造業(yè)信息化工程要點(diǎn)［4］，使LED顯示屏監(jiān)控系統(tǒng)在紡織企業(yè)的生產(chǎn)車間得到了大力推廣。目前已成功應(yīng)用的案例有:河南白馬集團(tuán)、陜西五環(huán)集團(tuán)等大型紡織企業(yè)，且其使用效果良好，一定程度上促進(jìn)了企業(yè)生產(chǎn)管理信息化的發(fā)展。但是，這兩家企業(yè)將LED顯示屏遠(yuǎn)程監(jiān)控的主要功能嵌套在監(jiān)控系統(tǒng)中，由監(jiān)控系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)，并沒有開發(fā)獨(dú)立的、功能強(qiáng)大的、與監(jiān)控系統(tǒng)能集成的LED顯示屏監(jiān)控系統(tǒng)。鞍山化纖毛紡織總廠使用的織布車間LED顯示系統(tǒng)，采取的技術(shù)方案是以W77E58為核心進(jìn)行機(jī)臺(tái)數(shù)據(jù)的采集，并利用上位機(jī)的RS232串口實(shí)現(xiàn)LED顯示屏數(shù)據(jù)內(nèi)容的傳輸，鑒于RS232的特點(diǎn)［5］，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)容的遠(yuǎn)距離傳輸，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于后期維護(hù)。近幾年，隨著總線技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，LED顯示屏的硬件和軟件都得到了升級和優(yōu)化，如文獻(xiàn)［6］所述將SPI總線技術(shù)應(yīng)用到了LED彩屏的硬件設(shè)計(jì)中，以及文獻(xiàn)［7］所述將GSM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于LED顯示屏的數(shù)據(jù)傳輸中，都大力推動(dòng)了LED控制系統(tǒng)的發(fā)展，即利用LED驅(qū)動(dòng)提供的控制參數(shù)［8］，實(shí)現(xiàn)LED顯示屏的遠(yuǎn)程控制。并且，在對多LED顯示屏的遠(yuǎn)程控制中，免去了單片機(jī)硬件電路的設(shè)計(jì)，直接利用RS232/RS485的轉(zhuǎn)換卡，實(shí)現(xiàn)PC與LED的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和控制。這對具有多部門、多品種、車間物理位置分布不規(guī)則、數(shù)據(jù)傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)的紡織企業(yè)來說，利用多LED顯示屏對生產(chǎn)過程的管理和系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)帶來了有利條件，企業(yè)可利用LED提供的驅(qū)動(dòng)函數(shù)、RS232/RS485轉(zhuǎn)換卡，直接實(shí)現(xiàn)LED顯示屏的遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)傳輸。

鑒于此，提出了一種借助LED驅(qū)動(dòng)函數(shù)和RS232/RS485轉(zhuǎn)換卡，直接控制LED顯示屏的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，對多個(gè)顯示屏實(shí)現(xiàn)諸如閃動(dòng)、滾動(dòng)和打字等多種動(dòng)態(tài)顯示效果［9］，以及動(dòng)態(tài)顯示速度的調(diào)節(jié)，并在PC機(jī)上進(jìn)行顯示效果的預(yù)覽和顯示內(nèi)容的隨時(shí)修改，避免了硬件電路的設(shè)計(jì)過程。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)采用二級集散式結(jié)構(gòu)，即由各個(gè)車間的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、底層多個(gè)LED顯示屏組成。為了充分利用上位機(jī)自帶的RS232串口，利用 RS232/RS485通信轉(zhuǎn)換卡，將上位機(jī)的RS232串口轉(zhuǎn)換成RS485接口，使上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與各顯示屏間經(jīng)RS485總線相連形成主從式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)長距離的通信和數(shù)據(jù)交換［10］，其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。企業(yè)級信息中心、企管辦、人力資源部等的信息管理系統(tǒng)通過局域網(wǎng)與各個(gè)車間的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)管理，并通過它們向車間發(fā)送各類通知。

圖1 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

1.2 數(shù)據(jù)內(nèi)容的獲取

根據(jù)系統(tǒng)功能，LED顯示屏的數(shù)據(jù)內(nèi)容主要由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)，以及企業(yè)或車間通知(優(yōu)先權(quán)高于前兩者)3部分組成。

按照上述要求，數(shù)據(jù)獲取算法的構(gòu)造過程為:

(1)首先讀取系統(tǒng)時(shí)間T1，當(dāng)班班次Sm(m=1，2，3)和通知信息表 Notice中的日期 T2，然后判斷通知時(shí)間的有效性T(T=T1－T2)，若T的返回值Val為0，則表示該表中企業(yè)或車間需要發(fā)布的通知已過期，程序可跳到步驟(2)，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)內(nèi)容的輪循顯示;當(dāng)Val＞0時(shí)，表示日期T2的通知仍需要顯示，其方法是通知與數(shù)據(jù)內(nèi)容交替顯示，這時(shí)需要計(jì)算通知內(nèi)容的字?jǐn)?shù)，其結(jié)果按行動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)在數(shù)組B［i，j］中，且i不能大于顯示屏的寬度，以及需要計(jì)算通知內(nèi)容占用的顯示屏面數(shù)，其值為j除以顯示屏高度。

(2)根據(jù)用戶預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)顯示內(nèi)容，首先，在數(shù)據(jù)庫的歷史數(shù)據(jù)表中，對時(shí)間T1和班次Sm對應(yīng)的歷史數(shù)據(jù)按二次分類原則進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，然后，將數(shù)據(jù)結(jié)果存入預(yù)先設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)顯示臨時(shí)表DataTemp中，在每次數(shù)據(jù)顯示時(shí)直接從該表按分類存取數(shù)據(jù)。

(3)在車間交接班過程中，上位機(jī)系統(tǒng)當(dāng)檢測到LED顯示屏顯示到最后一屏?xí)r，自動(dòng)給所有顯示屏發(fā)送一個(gè)系統(tǒng)消息“系統(tǒng)正在交接班!”。

(4)當(dāng)所有的交接班數(shù)據(jù)已成功轉(zhuǎn)入歷史數(shù)據(jù)表后，上位機(jī)系統(tǒng)所對應(yīng)的班次自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到下一班次Sm+1，這時(shí)，LED顯示屏系統(tǒng)檢測到班次有變更時(shí)，自動(dòng)清空數(shù)據(jù)顯示臨時(shí)表DataTemp中的所有數(shù)據(jù)，并且程序自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到步驟(1)，重新獲取時(shí)間和班次，對下一日期、班次的生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤管理。算法流程圖如圖2所示。

1.3 數(shù)據(jù)組織算法設(shè)計(jì)

按照用戶需求分析，所采取的顯示屏像素點(diǎn)的直徑φ=5，16×16點(diǎn)陣的單色LED顯示屏，字體大小為122 mm×122 mm，具有屏幕滾動(dòng)及可以在指定的位置顯示日期、星期和時(shí)間功能。因此，對每個(gè)顯示屏而言，其數(shù)據(jù)的組織方法都以屏幕左上角為坐標(biāo)原點(diǎn)，如圖3所示。

根據(jù)顯示屏的內(nèi)容顯示方式和數(shù)據(jù)組織方式，設(shè)顯示屏的顯示區(qū)域的寬度為W，高度為H，掃描線數(shù)為Cm，掃描寬度為Ws，顯示區(qū)域的行地址為Ch，列地址為Cv，并設(shè)定顯示存儲(chǔ)器按Cm位進(jìn)行編址。

圖2 數(shù)據(jù)獲取算法流程圖

圖3 顯示屏像素點(diǎn)與掃描線之間的關(guān)系

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，所采取的數(shù)據(jù)掃描算法為:

(1)在上位機(jī)與多顯示屏之間建立正常的通信機(jī)制之后，首先上位機(jī)發(fā)送一幀清屏命令，將所有的顯示屏進(jìn)行初始化，并計(jì)算需要顯示的數(shù)據(jù)大小(W×H)字×Cm位，再在系統(tǒng)中判斷是否需要播放通知。若需要播放，則系統(tǒng)首先統(tǒng)計(jì)通知內(nèi)容的字?jǐn)?shù)K，并根據(jù)字?jǐn)?shù)K來決定其所占用的頁面 T ，其中 T =K/［(W × H)字 × Cm位］，接著判斷每行通知內(nèi)容的行寬度是否大于掃描線指向的顯示區(qū)域行寬度W，以及每頁通知內(nèi)容的高度是否大于顯示區(qū)域高度H，如果一頁的顯示內(nèi)容大于高度H，則需要對H執(zhí)行取模(MOD H)操作，使所有顯示內(nèi)容在顯示屏有效區(qū)域全面顯示;

(2)根據(jù)顯示內(nèi)容的預(yù)設(shè)條件從數(shù)據(jù)源中檢索需要顯示的數(shù)據(jù)信息，并經(jīng)整理、統(tǒng)計(jì)和組合后，將其暫存到二維數(shù)組中;

(3)對每個(gè)LED顯示屏而言，根據(jù)顯示屏的控制卡號(hào)，上位機(jī)首先讓Cm條掃描線分別指向顯示區(qū)域的第 0 ，Ws，2Ws，…，(Cm－ 1 )Ws行，接著執(zhí)行步驟(1)操作，將顯示區(qū)域中(0，0)、(0，Ws)、(0，2Ws)、…、［0，(Cm－1)Ws］共 Cm個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)依次存放到存儲(chǔ)器起始單元的D0、D1、D2、…、DCm－1位中;

(4)首先判斷列地址Cv是否大于顯示區(qū)域列寬 H ，如果 Cv≤H，則 Cv=Cv+1，否則，Cv=(CvMOD H)，同樣，將顯示區(qū)域(1，0)、(1，Ws)、(1，2Ws)、…、［1，(Cm－1)Ws］共 Cm個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)據(jù)存放到存儲(chǔ)器的下一個(gè)單元，然后重復(fù)上述操作，直到將掃描線當(dāng)前對應(yīng)的Cm行的Ws－1列數(shù)據(jù)全部保存到存儲(chǔ)器中為止;

(5)系統(tǒng)首先判斷行地址Ch是否大于顯示區(qū)域行寬 W ，如果 Ch≤W，則 Ch=Ch+1，否則，Ch=(ChMOD W)，然后將Cm條掃描線分別指向顯示區(qū)域的第1、Ws+1、2Ws+1、…、第(Cm－1)Ws+1行，將顯示區(qū)域中(0，1)、(0，Ws+1)、(0，2Ws+1)、…、［0，(Cm－1)Ws+1］共Cm個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)依次存放到存儲(chǔ)器的下一個(gè)單元。重復(fù)上述步驟，使X=0～(W－1)列對應(yīng)的W個(gè)數(shù)據(jù)全部存入到顯示屏的存儲(chǔ)器中;

(6)首先判斷暫存二維數(shù)組中的數(shù)據(jù)是否已全部存放到相應(yīng)顯示屏的存儲(chǔ)器中，若數(shù)組為空，則表示每個(gè)掃描線對應(yīng)行的數(shù)據(jù)已全部存放到顯示屏的存儲(chǔ)器中，系統(tǒng)已完成了一個(gè)周期的操作;否則，直到掃描線數(shù)Cm指向顯示區(qū)域的第H－1行為止，同樣，表示所有能正常通信的顯示屏將所有顯示區(qū)域中的各點(diǎn)對應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)按順序保存到存儲(chǔ)器中，系統(tǒng)就完成了一個(gè)周期的操作。

1.4 數(shù)據(jù)輪詢顯示算法的設(shè)計(jì)

算法的設(shè)計(jì)過程為:首先為每個(gè)顯示屏的控制單元分配一個(gè)唯一的控制卡號(hào) Cno，且 Cno∈(0，255)，將控制卡號(hào)與每個(gè)顯示屏之間一一對應(yīng)，然后在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)表中讀取每個(gè)顯示屏的顯示區(qū)域值，對顯示區(qū)域的寬度i，高度j進(jìn)行初始化，再通過總線為每個(gè)控制屏選擇通信方式Cwo(1為RS232，2為RS485)，接著上位機(jī)以一對多的方式向所有的顯示控制屏發(fā)送一幀地址數(shù)據(jù)幀(主要包括控制卡號(hào)Cno，通信方式Cwo，顯示區(qū)域(i，j)等)，使兩者之間建立正常的通信機(jī)制，而顯示屏則回送通信正常與否的應(yīng)答信息，通過定時(shí)和計(jì)數(shù)程序?qū)崿F(xiàn)被控對象的序號(hào)按照一定的時(shí)間間隔循環(huán)變化［11］。這樣，對某一個(gè)顯示屏而言，首先根據(jù)用戶要求從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中檢索需要顯示的數(shù)據(jù)，并按分組分崗位的原則進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算、統(tǒng)計(jì)，將其暫存到預(yù)先設(shè)計(jì)好的二維數(shù)組A［m，n］中，其中m ≥0，n≥0，然后判斷需要顯示的頁面數(shù)在 A ［m，n］中執(zhí)行按行累計(jì)操作，使其形成分組輪班產(chǎn)量，并將最終結(jié)果暫存到數(shù)組A［m+k，n］中，再從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)表中按分組分崗位的原則檢索歷史交接班數(shù)據(jù)，形成每個(gè)崗位的日產(chǎn)量和總產(chǎn)量等，將其暫存到另一個(gè)二維數(shù)組B［p，q］中，同樣 p≥0，q≥0，但 0≤m+k ＜ p，并將 B［p，q］中的所有信息按照先分組分崗位合計(jì)、后分組小計(jì)的原則，使 B［p，q］中的數(shù)值轉(zhuǎn)存到數(shù)組 A［m+k，n］中，即:aij=bpj，最后將數(shù)組 A［m+k，n］變?yōu)?A［m+k+p，n］，并將 m+k+p與 i進(jìn)行比較，判斷數(shù)組A［m+k+p，n］中的數(shù)據(jù)所占用的頁面數(shù)k:

這樣，該輪詢顯示方法與傳統(tǒng)的信息顯示方法相比，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)在各個(gè)車間的實(shí)時(shí)顯示，保證了所有顯示內(nèi)容的正確性。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

整個(gè)系統(tǒng)的主要功能分為數(shù)據(jù)源信息的獲取，顯示內(nèi)容的數(shù)據(jù)組織，顯示屏的控制與通信3個(gè)部分。其中，數(shù)據(jù)源的獲取可通過外部數(shù)據(jù)接口將需要顯示的數(shù)據(jù)信息直接寫入預(yù)先設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)表中，或根據(jù)系統(tǒng)提供的外部數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的有效集成，在異構(gòu)數(shù)據(jù)庫中實(shí)時(shí)檢索、統(tǒng)計(jì)需要顯示的數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)組織形式是系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)組織算法，將需要顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)區(qū)域、顯示數(shù)字大小的判斷和合理組織，使所有數(shù)據(jù)信息顯示在顯示屏的有效區(qū)域，達(dá)到最佳效果［12］;顯示屏的控制與通信功能的主要作用是通過系統(tǒng)參數(shù)，與遠(yuǎn)程顯示屏建立通信機(jī)制，實(shí)現(xiàn)通信參數(shù)的讀寫和顯示內(nèi)容的發(fā)送。系統(tǒng)功能中，最主要的是顯示屏的控制和通信功能，其控制界面如圖4所示，采用動(dòng)態(tài)掃描的方式，實(shí)現(xiàn)對顯示屏需要顯示的漢字、圖像和字符等數(shù)據(jù)信息的傳輸控制以及顯示等功能。

圖4 顯示屏控制與通信界面

3 結(jié)論

多LED顯示屏的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建，以車間的監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器為上位機(jī)，多LED顯示屏作為下位機(jī)，借助 LED顯示屏驅(qū)動(dòng)函數(shù)，利用RS232/RS485的轉(zhuǎn)換卡，采用主從式的二級集散式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)PC與LED的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和控制，免去了單片機(jī)硬件電路的設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、易維護(hù)，所開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)較好地滿足了紡織車間多部門、多品種、車間物理位置分布不規(guī)則、數(shù)據(jù)傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)的要求，加強(qiáng)了生產(chǎn)產(chǎn)量、質(zhì)量的監(jiān)控，實(shí)時(shí)反映了車間的生產(chǎn)過程，并且上位機(jī)的管理系統(tǒng)軟件具有顯示字符串的修改、顯示方式的設(shè)定、時(shí)間的設(shè)置等功能，實(shí)現(xiàn)了屏幕顯示內(nèi)容的實(shí)時(shí)更改，顯示方式采用動(dòng)態(tài)顯示，以及字符從下往上、從右往左滾動(dòng)等動(dòng)態(tài)顯示效果。

［1］張飆，徐和飛，牛秦洲.LVDS接口LED顯示屏數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.液晶與顯示，2008，23(6):736 －743.

［2］何偉，俞立，董輝.基于IWT圖像壓縮技術(shù)的LED同步顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.液晶與顯示，2009，24(2):262－267.

［3］JIA D.Measurement and control technology LTD:the introduction of control system of LED display screen［EB/OL］.［2011 － 02 － 27］.http://bbs.ctic.org.cn/dispbbs.asp?Board ID=9＆ID=6333.

［4］吳迪，夏雪.紡織行業(yè)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的發(fā)展戰(zhàn)略研究［J］.紡織學(xué)報(bào)，2004，25(1):118 －120.

［5］DUAN R，ZHU L，LIU C Y，et a1.Light emitting diode irradiation protect against the amyloid beta 25－35 induced apoptosis of PC12 cell in vitro［J］.Lasers Surg Med，2003，33(3):199 －203.

［6］WAN N S，KAMARIA，KOAY Y J.Equilibrium and kinetics studies of adsorption of copper(II)on chitosan and chitosan/PVA beads［J］.International Journal of Biological Macromolecules，2004，34(3):155 －161.

［7］齊從謙，甘屹.制造企業(yè)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟合作伙伴組合優(yōu)化方法［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2007，35(12):1674－1679.

［8］張齊，鄭金輝，李登紅，等.基于FPGA的LED顯示屏逐點(diǎn)檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.液晶與顯示，2008，23(5):605 －610.

［9］朱清慧，王志奎.Proteus在LED點(diǎn)陣滾動(dòng)顯示屏設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.液晶與顯示，2009，24(2):232－237.

［10］HELIOTOTIS G，STAVRINOUS P N，BRADLEY D C.Spectral conversion of in gan ultravioletmicrocavity light－emitting diodes using fluorine－based red，green，blue and white－light－emitting polymer overlayer films［J］.AppL Phys Lett，2005(87):503 －505.

［11］RENW，BEARD R W.Consensus seeking in multiagent systems under dynamically changing interaction topologies［J］.IEEE Transactions on Automatic Control，2005，50(5):655 －661.

［12］ZHONGW C，LIU J，XUE MZ，et al.A multiagent genetic algorithm for global numerical optimization［J］.IEEE Transactions on Systems，Man and Cybernetics，2004，34(2):1128 －1141.