李小武

(湖南科技學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，湖南 永州 425199)

LED顯示屏控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究*

李小武

(湖南科技學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，湖南 永州 425199)

本文所研究的基于GPRS的遠(yuǎn)程LED顯示屏控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括上位機(jī)控制端、中轉(zhuǎn)服務(wù)器和下位機(jī)LED顯示屏；上位機(jī)控制端和下位機(jī)LED顯示屏通過(guò)中轉(zhuǎn)服務(wù)器建立網(wǎng)絡(luò)連接；本系統(tǒng)具有利用內(nèi)網(wǎng)穿透技術(shù)和中轉(zhuǎn)服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，能實(shí)現(xiàn)讓所有聯(lián)網(wǎng)的PC來(lái)控制每個(gè)LED顯示屏；有線控制和無(wú)線遠(yuǎn)程控制；降低通信線路鋪設(shè)成本和通信故障率；增強(qiáng)LED信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性和及時(shí)性，LED顯示屏能隨時(shí)接收上位機(jī)控制端下發(fā)的信息，大大提高LED顯示屏的工作效率；增加LED顯示屏遠(yuǎn)程傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，通過(guò)GPRS DTU發(fā)送信息，采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，終端聯(lián)網(wǎng)數(shù)量不受限制；擴(kuò)展LED顯示屏遠(yuǎn)程應(yīng)用的距離，只要GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方都能使用，不受距離限制。

LED顯示屏；GPRS；控制系統(tǒng)；TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

20世紀(jì)80年代末，LED顯示屏作為新型信息顯示媒體在全球得到迅速發(fā)展，具有亮度高、色彩鮮艷、壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)[1,2]。LED顯示屏在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中大部分都是單一的非物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，未能實(shí)現(xiàn)多LED顯示屏的大面積范圍宣傳和實(shí)時(shí)更新[3,4]。在LED顯示屏信息的傳送方式上，通過(guò)有線傳輸，則需要額外的增加一筆線路鋪設(shè)的開(kāi)支；而現(xiàn)有的無(wú)線傳輸，又存在遠(yuǎn)程通信質(zhì)量低、一次性發(fā)送的數(shù)據(jù)量少等弊端和局限[5,6]。本系統(tǒng)針對(duì)傳統(tǒng)LED顯示屏的各種弊端和局限，通過(guò)一套穩(wěn)定完善的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)解決這些問(wèn)題，包括實(shí)現(xiàn)多LED顯示屏的統(tǒng)一遠(yuǎn)程控制，顯示內(nèi)容的實(shí)時(shí)更新，顯示花樣的更改，顯示亮度的自動(dòng)、手動(dòng)模式的調(diào)整、有線近距離控制和網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制模式的切換、顯示屏壞點(diǎn)信息反饋的功能，全部由上位機(jī)軟件進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文所研究的基于GPRS的遠(yuǎn)程LED顯示屏控制系統(tǒng)主要包括中轉(zhuǎn)服務(wù)器2和下位機(jī)LED顯示屏3；上位機(jī)控制端1和下位機(jī)LED顯示屏3通過(guò)中轉(zhuǎn)服務(wù)器2建立網(wǎng)絡(luò)連接(圖1)。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

下位機(jī)LED顯示屏3包括微控制器4和連接微控制器4的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器7、壞點(diǎn)檢測(cè)模塊5、串口模塊8、光強(qiáng)度檢測(cè)模塊10和LED顯示屏6，串口模塊8連接GPRS模塊9(圖2)；各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)匯總到微控制器4，由微控制器4進(jìn)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理，將LED顯示屏6的壞點(diǎn)信息通過(guò)微控制器4和串口模塊8傳送至上位機(jī)控制端1，同時(shí)通過(guò)串口模塊8獲取來(lái)自上位機(jī)控制端1的數(shù)據(jù)或者通過(guò)GPRS模塊9接收來(lái)自中轉(zhuǎn)服務(wù)器2的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，并將顯示信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器7，根據(jù)控制命令在LED顯示屏6上顯示。

中轉(zhuǎn)服務(wù)器2包括服務(wù)器軟件14和花生殼軟件15(圖5)，中轉(zhuǎn)服務(wù)器2建立上位機(jī)控制端1與下位機(jī)LED顯示屏3的網(wǎng)絡(luò)連接(圖1)；服務(wù)器軟件能實(shí)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)穿透(圖3)，讓上位機(jī)控制端1與下位機(jī)LED顯示屏3在具有公網(wǎng)IP地址的中轉(zhuǎn)服務(wù)器2的協(xié)助下，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，在不能實(shí)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)穿透的情況下，以中轉(zhuǎn)服務(wù)器2作為橋梁，采用中轉(zhuǎn)技術(shù)，把上位機(jī)控制端1發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)先暫存，然后轉(zhuǎn)發(fā)給下位機(jī)LED顯示屏3；花生殼軟件15能將中轉(zhuǎn)服務(wù)器2的動(dòng)態(tài)公網(wǎng)IP地址綁定到固定域名上，上位機(jī)控制端1和下位機(jī)LED顯示屏3則通過(guò)解析固定域名，從而間接獲取中轉(zhuǎn)服務(wù)器2的動(dòng)態(tài)IP地址，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。

圖2 下位機(jī)LED顯示屏原理框圖

圖3 DUP內(nèi)網(wǎng)穿透框圖

控制端軟件13完成顯示信息的轉(zhuǎn)換、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接、屏幕運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制LED顯示屏6的顯示內(nèi)容、顯示字體、顯示花樣、屏幕亮度等參數(shù)。服務(wù)器軟件14基于VC6.0編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)穿透或者數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，支持多LED顯示屏組網(wǎng)和多用戶同時(shí)控制。壞點(diǎn)檢測(cè)模塊5能根據(jù)客戶需要將屏幕的壞點(diǎn)信息反饋給上位機(jī)控制端1。

圖4 控制端軟件設(shè)計(jì)框圖

圖5 中轉(zhuǎn)服務(wù)器軟件設(shè)計(jì)框圖

進(jìn)一步，光強(qiáng)度檢測(cè)模塊10能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的光照強(qiáng)度的變化，自動(dòng)按事先設(shè)定好的比例調(diào)節(jié)屏幕亮度，即屏幕亮度=線性關(guān)系*光照強(qiáng)度，屏幕亮度與光照強(qiáng)度是一種線性關(guān)系，光照強(qiáng)度越強(qiáng)，屏幕亮度越亮，反之光照強(qiáng)度越弱，屏幕亮度則越暗。

圖6 壞點(diǎn)檢測(cè)模塊原理框圖

圖7 光強(qiáng)度檢測(cè)模塊原理框圖

2 系統(tǒng)操作步驟

首先對(duì)基于GPRS的遠(yuǎn)程LED顯示屏控制系統(tǒng)的下位機(jī)LED顯示屏3的設(shè)置，開(kāi)啟下位機(jī)電源總開(kāi)關(guān)，使所有硬件模塊通電運(yùn)行，檢測(cè)GPRS模塊的運(yùn)行狀態(tài)，使網(wǎng)絡(luò)通信正常。

第二步對(duì)基于GPRS的遠(yuǎn)程LED顯示屏控制系統(tǒng)的中轉(zhuǎn)服務(wù)器2的設(shè)置，在具有公網(wǎng)IP的電腦上使用固定域名登錄花生殼軟件15，運(yùn)行服務(wù)器軟件14，點(diǎn)擊運(yùn)行服務(wù)，點(diǎn)擊網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)，看軟件下方的公網(wǎng)IP和本地IP是否顯示一致，若一致表示服務(wù)器處于公網(wǎng)狀態(tài)，當(dāng)上位機(jī)控制端1與下位機(jī)LED顯示屏3成功連接中轉(zhuǎn)服務(wù)器2時(shí)，服務(wù)器軟件14的界面上的客服端狀態(tài)區(qū)的控制端和顯示屏的狀態(tài)指示圖標(biāo)將顯示為在線，并且將由灰色變成彩色，方便用戶識(shí)別。

第三步對(duì)基于GPRS的遠(yuǎn)程LED顯示屏控制系統(tǒng)的上位機(jī)控制端1的設(shè)置，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇控制方式：網(wǎng)絡(luò)控制和串口控制；若遠(yuǎn)程控制，則選擇軟件界面左上角的網(wǎng)絡(luò)連接，直到圖標(biāo)顯示彩色，表明成功連接服務(wù)器，若屏幕狀態(tài)區(qū)顯示彩色，表明成功連接下位機(jī)LED顯示屏3，整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行；串口控制需要事先配置好當(dāng)前通信端口,然后點(diǎn)擊串口控制，出現(xiàn)彩色表明設(shè)置成功。

3 系統(tǒng)測(cè)試

本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試達(dá)到了預(yù)定的目標(biāo)，運(yùn)行穩(wěn)定，如圖8。具備以下優(yōu)點(diǎn)：1) 利用內(nèi)網(wǎng)穿透技術(shù)和中轉(zhuǎn)服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，能實(shí)現(xiàn)讓所有聯(lián)網(wǎng)的PC來(lái)控制每個(gè)LED顯示屏。2) 控制方式靈活，近距離能采用有線控制，也能做無(wú)線遠(yuǎn)程控制。3) 利用STM32F103做主控芯片，內(nèi)存大，運(yùn)行速度快。4) 采用GPRS通信，降低LED顯示屏通信線路鋪設(shè)成本和通信故障率。5) 增強(qiáng)LED信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性和及時(shí)性，LED顯示屏能隨時(shí)接收上位機(jī)控制端下發(fā)的信息，大大提高LED顯示屏的工作效率。6) 增加LED顯示屏遠(yuǎn)程傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，通過(guò)GPRS DTU發(fā)送信息，采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，終端聯(lián)網(wǎng)數(shù)量不受限制。7) 擴(kuò)展LED顯示屏遠(yuǎn)程應(yīng)用的距離，只要GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方都能使用，不受距離限制。

圖8 LED顯示效果圖

[1] 徐永福,王小超.嵌入式技術(shù)在異步LED顯示屏控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代顯示,2010(5):122-124,159.

[2] 郭寶增,鄧淳苗.基于FPGA的LED顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].液晶與顯示,2010(3):424-428.

[3] 孫偉,龔兆崗,楊忠根.基于Nios Ⅱ的LED顯示屏控制系統(tǒng)[J].上海海事大學(xué)學(xué)報(bào),2005(2):74-77.

[4] 李騏,靳桅,鄔芝權(quán).基于單片機(jī)的LED顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2009(14):110-112.

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Research on Control System of the LED Display

Li Xiaowu

(SchoolofElectronicsandInformationEngineering,HunanUniversityofScienceandEngineering,YongzhouHunan425199,China)

The key technologies of LED display control system based on GPRS in this paper include the host computer control terminal, the relay server and the LED display. The host computer control terminal and the LED display are made a network connection through the transit server. The system achieve remote control by the internal network penetration technology and transit server; the networked PC can make wired control and wireless remote control on each LED display; reduce the costs of communication line and communication failure rate; enhance the stability and timeliness of LED information transmission; and the LED display can receive the host computer control information at any time that greatly improve the efficiency of LED display. The technology can also increase the data amount of LED display remote transmission; send information through the GPRS DTU. With the using of TCP / IP network protocol, the number of terminal networking is not restricted; the remote application distance of LED display is extended as long as the GPRS network coverage can be used, not subject to distance restrictions.

LED display; GPRS; control system; TCP/IP network protocol

2017-05-17

湖南省教育廳優(yōu)秀青年項(xiàng)目(17B107)；湖南科技學(xué)院重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目資助(電路與系統(tǒng))

李小武(1979- )，男，湖南邵陽(yáng)人，副教授，碩士，主要從事嵌入式系統(tǒng)的研究。

1674- 4578(2017)04- 0082- 03

TN873

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