LED屏幕广告牌的系统设计与发展现状

2010-08-15杨成菊

太原城市职业技术学院学报 2010年9期

杨成菊

LED屏幕广告牌的系统设计与发展现状

杨成菊

（闽北职业技术学院，福建南平353000）

文章通过对当前国内外LED屏幕广告牌的发展现状的调查了解得知，LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性以及可靠性、全色化方向发展，并从LED屏幕广告牌的硬件、软件、遥控方式等方面阐述了LED屏幕广告牌系统的设计。

LED屏幕显示；广告牌；系统设计

LED显示屏（LED panel），又叫电子显示屏或者飘字屏幕。LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像，不仅可以用于室内环境，还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性以及可靠性、全色化方向发展。

一、我国LED屏幕广告牌的发展现状

我国的LED屏幕广告牌产业发展初具规模，经过几年的发展，基本形成了一批具有一定规模的骨干企业。据不完全统计，至2008年底，年度销售总额在1亿元以上的企业有20多家，其销售总额达50亿元左右，占行业市场总额的70%以上。全国从事LED显示屏的各类企业有100余家。我国LED屏幕广告牌产业在规模发展的同时，产品技术推陈出新，一直保持比较先进的水平。上世纪90年代初即具备了成熟的16级灰度256色视频控制技术及无线遥控等国内先进水平技术，近年在全彩色LED屏幕广告牌、256级灰度视频控制技术、集群无经线控制、多级群控技术等方面均有国内先进、达到国际水平的技术和产品出现。LED屏幕广告牌控制专用大规模集成电路也已由国内企业开发生产并得到应用。在上海世博会的筹建中，LED屏幕广告牌就得到广泛应用。

二、LED屏幕广告牌系统设计

LED显示屏，又叫电子显示屏或者飘字屏幕，是由LED点阵组成，通过灯珠的亮灭来显示文字、图片、动画、视频，内容可以随时更换，各部分组件都是模块化结构的显示器件。通常由显示模块、控制系统及电源系统组成。显示模块由LED灯组成的点阵构成，负责发光显示；控制系统通过控制相应区域的亮灭，可以让屏幕显示文字、图片、视频等内容，恒舞动卡主要是播放动画的；电源系统负责将输入电压电流转为显示屏需要的电压电流。LED屏幕广告牌系统也分为硬件系统与软件系统。

（一）硬件系统

整个系统由四个相对独立的子系统组成，即上位机、手持发射机、接收机和显示屏系统。

1.上位机。上位机直接选用通用PC机，其任务是完成显示信息的录入和编辑，再经过点阵抽取和移动算法将显示信息转换为LED显示屏对应的点阵数据，并通过PC机的串行口将点阵数据转存到手持发射机中。

2.手持发射机。发射机由单片机、键盘、编码器、发射器、串行通信接口和UPS供电系统组成。其作用是将上位机传来的点阵数据和面板键盘上接收到的命令经编码、调制后，以码分多址通信方式转发给户外的用户群，并可现场设置和调试显示屏的显示格式。

3.接收机。接收机和显示模块由接收器、译码器、单片机、显示驱动及供电系统组成。其作用是将接收到的高频信号经放大整形、解调译码后，再并行输出给单片机，由单片机对接收数据进行识别、转存，实时改变显示方式和显示内容，并驱动LED显示屏。

4.显示屏。LED显示屏，主要负责责接收来自计算机串行口或DVI接口的画面及视频显示信息，置入帧存储器，按分区驱动方式生成LED显示屏所能识别的串行显示数据和扫描控制时序。

显示屏系统包括异步控制系统与同步控制系统。

(1)异步控制系统。LED显示屏异步控制系统又称LED显示屏脱机控制系统或脱机卡，主要用来显示各种文字、符号和图形或动画为主。画面显示信息由计算机编辑，经RS232/485串行口预先置入LED显示屏的帧存储器，然后逐屏显示播放，循环往复，显示方式丰富多彩、变化多样。其主要特点是：操作简单、价格低廉、使用范围较广。LED显示屏简易异步控制系统只可以显示数字时钟、文字、特殊字符。LED显示屏图文异步控制系统除具有简易控制系统的功能外，最大的特点是可以分区域控制显示屏幕内容。支持模拟时钟显示、倒计时、图片、表格及动画显示。具有定时开关机、温度控制、湿度控制等功能。

(2)同步控制系统。LED显示屏同步控制系统，主要用来实时显示视频、图文、通知等。主要用于室内或户外全彩大屏幕显示屏。LED显示屏同步控制系统控制LED显示屏的工作方式基本等同于电脑的监视器，它以至少60帧/秒更新速率点点对应地实时映射电脑监视器上的图像,通常具有多灰度的颜色显示能力，可达到多媒体的宣传广告效果。其主要特点是：实时性、表现力丰富、操作较为复杂、价格高。一套LED显示屏同步控制系统一般由发送卡、接收卡和DVI显卡组成。

（二）软件系统

该系统的软件主要由三大模块组成，即上位机主控程序、发射机主控程序和接收机主控程序。

1.上位机主控程序。上位机主控程序实际上包括显示信息生成程序、显示点阵转换程序和串口通信程序，是三大主控程序中结构最复杂的一部分。显示信息生成程序完成显示图像和文字的录入、编辑及动画效果设计。该程序首先采用WINDOWS平台下的主控程序与底层通信软件结合，通过串行及并行通信口完成用户对源文件、INTERNET接口及其他输入设备的多参数录入。在此基础上用VisualC＋＋语言设计了主控软件，生成动画，并通过界面和对话框的形式实现了对整个上位机系统的可视化控制。显示点阵转换程序就是将生成的显示信息通过点阵抽取和移动算法将显示信息转换为LED显示屏对应的点阵数据。对于彩色显示屏，需要将图像信息的RGB三基色数据分别抽样，并分块存储、顺序转发；对于连续的动画图像，要按帧分别计算偏移量，关键是背景图像与动画文字要同步。该部分的软件在TURBOC3.0的环境下编写的。

2.发射机主控程序。发射机主控软件的功能是通过串行口接收上位PC机发送来的图像点阵，读取键盘命令，并向编码器串行发送操作命令或显示数据。该部分的软件是在KeilC51环境下编写的，它可以将C语言直接翻译成汇编语言，生成二进制码写入单片机，这样编写效率高一些。程序是依靠中断方式来工作的，开机后等待串行口和INT0的触发。当串行口触发，则表明PC机有图像点阵数据传来，单片机立即接收点阵数据存于RAM中；当INT0触发，表明键盘有动作，立即接收键值判断命令的类别，并向接收机发送图像点阵数据或者操作命令。

3.接收机主控程序。该部分软件的功能是完成对接收数据的识别、存储、变换和显示驱动，并可实现本地本机的自检，显示固化图像。当接收装置的译码芯片有输出时，单片机就中断当前的显示，接收标志字，然后判断此标志字的内容，确定将接收的是图像点阵还是操作控制命令。若是点阵数据，就将其连续接收存放到一个显示缓冲数据库中，按当前的方式显示；若是命令，则立刻改变显示方式。其中，关键的是图像上、下、左、右移动的实时实现。具体实现方法如下：

(1)图像的上下移动将一图像点阵中的上一行数据赋给BUF中对应的下一行，直到一个图像的移完为止；再移下一个图像的点阵。上移的过程类似。

(2)图像的左右移动将一图像的每一行数据向左移位，将移位后的点阵存放于BUF之中，即可显示。右移的过程类似。

三、LED屏幕广告牌系统的遥控方式

LED屏幕广告牌系统的遥控方式一般有如下几种类型：声控、光控、无线电遥控、红外遥控等等。

1.声控方式。声控就是用声音去控制对象动作，一般采用驻极体话筒或压电陶瓷片作为传感元件来拾取声音，通过电路放大驱动后级电子开关动作。为防止外界音频干扰，可以采用超声波控制，但也有故意选用声频来进行控制的，比如用小孩发出的声音频率去控制声控玩具娃娃的哭笑动作等。

2.光控方式。简单的单通道光控电路是利用光敏管受光以后内阻发生变化使电子开关的状态发生变化，传感器有光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻、光敏电池等等。这个光源既可以是可见光，也可以是红外线等不可见光源，不同的光敏元件有着不同的光谱。复杂一些的光控电路则能够完成多通道开关或模拟量变化控制，应用极其广泛，可以说家家都有。因为带遥控的电视机、功放音响、VCD录像机等家用电器的遥控器都是利用红外线光源进行遥控的典例。

3.红外遥控方式。红外遥控就是把红外线作为载体的遥控方式。由于红外线的波长远小于无线电波的波长，因此在采用红外遥控方式时，不会干扰其他电器的正常工作，也不会影响临近的无线电设备。同时，由于采用红外线遥控器件时，工作电压低、功耗小，外围电路简单，因此它在日常工作生活中的应用越来越广泛。

4.无线电遥控方式。无线电遥控电路比起声控或光控电路复杂多了，但控制距离也更远是它的主要特点，光控、声控电路一般仅有几米到十几米的作用距离，而无线电遥控视不同的应用场合近可以是零点几米，远则可以超越地球到达太空。它由发射电路和接收电路两个部分组成，当接收机收到发射机发出的无线电波以后驱动电子开关电路工作。所以它的发射频率与接收频率必须是完全相同的。

四、LED屏幕广告牌系统的性能检测指标

一般户外LED屏幕广告应满足以下参数要求：1）图像录入功能扫描仪、摄像头、数码相机、图像源文件；2）文字录入功能键盘、WORD/TEXT源文件；3）动画设计功能文字或图形相对于背景移动、缩放；4）发射机设置功能接收机序列号、图像移动命令、自检命令、发射命令；5）接收机自检功能显示蓝草坪背景和“欢迎光临”移动字符；6）发射机待机时间≥120h；7）发射机遥控距离≥250m；8）发射机缓存空间8MByte；9）LED显示屏320×640DIP；10）接收显示系统功耗≤4kW。

LED屏幕广告牌动画设计功能文字或图形相对于背景移动，缩放自然，发射机设置功能、接收机自检功能正常，发射机待机时间、遥控距离、缓存空间、接收显示系统功耗等均满足以上参数要求才能通过测试。遥控型LED屏幕广告牌增强了广告牌的实用性与稳定性，使信息显示灵活，容易人工控制。