遙控LED廣告牌

1　系統(tǒng)方案

1.1　無線遙控方式

要想達到遙控的目的，就必須通過無線傳輸將需要顯示的信息和控制命令傳送到顯示終端LED屏上。

常用的無線傳輸方式有：聲波（超聲波），光波（紅外線）和電波。考慮到電波傳輸具有以下優(yōu)點：

　　1）傳輸距離比另兩者遠得多；

　　2）可用的元器件種類豐富，性能也很好，價格便宜；

　　3）技術更為成熟。

因此，本系統(tǒng)采用電波傳輸。即信息在手持發(fā)射機和接收機之間，靠無線電波傳送。

高頻無線發(fā)射及接收模塊的性能直接影響到遙控距離與通信質(zhì)量，經(jīng)過多方調(diào)查論證，本系統(tǒng)采用一體化發(fā)射、接收模塊。它的主要優(yōu)點是頻率一致性好，免調(diào)試。

1.2　數(shù)據(jù)編碼方式

信源的編碼和譯碼在無線通信中是至關重要的，它可以提高信號傳輸?shù)目煽啃院陀行浴?BR>
本系統(tǒng)中要傳輸?shù)男盘柺菆D像的點陣數(shù)據(jù)，其特點是數(shù)據(jù)量大。傳輸和接收數(shù)據(jù)的好壞，直接關系到顯示終端上顯示信息的正確與否。廣告牌是置于戶外的，其干擾源很多。所以，在本系統(tǒng)的設計中，編碼、解碼的可靠性和抗干擾性是設計成敗的關鍵。

本系統(tǒng)從無線通信理論入手，對編碼解碼技術及其對系統(tǒng)的影響做了深入的研究，經(jīng)反復比較，最后選用適合本系統(tǒng)的編碼解碼專用芯片。該模塊還利用碼分多址技術進行數(shù)據(jù)編碼解碼，最多可提供531 441（312）個地址碼，可以徹底消除任何碼址沖突和非授權編碼數(shù)據(jù)的干擾。

1.3　圖像點陣抽取和移動算法

圖像點陣的抽取是利用算法計算出在圖像源數(shù)據(jù)庫中的偏移地址，從而取出相應的點陣數(shù)據(jù)，生成新的顯示數(shù)據(jù)。抽取算法的正確與否直接關系到顯示圖像的正確性。

而圖像移動則是利用算法計算出下一幀數(shù)據(jù)在顯示點陣數(shù)據(jù)庫中應疊加的偏移地址。移動算法的正確與否直接關系到動態(tài)圖像或者文字與背景的同步性和現(xiàn)場效果，特別是對于彩色顯示屏尤為重要。

1.4　系統(tǒng)框圖

整個系統(tǒng)由三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)。其結構框圖如圖1所示。

上位機的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)轉存到手持發(fā)射機中。

手持發(fā)射機的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。

接收機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、轉存，實時改變顯示方式和顯示內(nèi)容，并驅(qū)動LED顯示屏。

2　硬件配置

系統(tǒng)硬件主要有三大部分，即上位機、手持發(fā)射機、接收機和顯示模塊。

2.1　上位機

上位機直接選用通用PC機，這主要是考慮到PC機處理指令能力很強，標準應用軟件豐富，接口有很強的通用性，基于PC機的程序有很強的兼容性和可移植性，性價比高。

由于上位機系統(tǒng)要完成顯示信息（圖像和文字）的錄入、編輯及動畫效果設計，因此，除了中心PC機外還必須配備相應的輸入外設，例如掃描儀、攝像頭、鍵盤等。網(wǎng)絡（INTERNET）接口也是必不可少的，這樣可以實現(xiàn)信息的遠程下載和廣告系統(tǒng)的網(wǎng)絡化管理。

上位機系統(tǒng)的組成如圖2所示。

2.2　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，其結構框圖如圖3所示。


單片機的作用是將PC機傳來的圖像點陣或自身EPROM中的圖像點陣暫存在發(fā)射緩沖區(qū)RAM中，再根據(jù)鍵盤的命令串行發(fā)送至編碼器。單片機選用的是ATMEL公司的89S52，該芯片運算速度較快，性能穩(wěn)定，且價格便宜。

鍵盤用于設定圖像移動速度、顯示模式和發(fā)射的通信協(xié)議。

編碼器是本系統(tǒng)的關鍵部件之一，決定了通信的可靠性。它的功能是接收單片機的數(shù)據(jù)，按設定的格式進行編碼，再串行輸出到發(fā)射器。經(jīng)過比較，我們選用了碼分多址串行編碼專用芯片。該芯片的主要特點有CMOS技術，低功耗，非常高的噪聲免疫性（多幀同步），最多12位3態(tài)地址引腳(最多可提供312個地址碼)，最多6位數(shù)據(jù)引腳，大范圍的工作電壓，單電阻振蕩器，輸出形式可設為鎖存或瞬態(tài)。

發(fā)射器的作用是將編碼后的數(shù)字信號調(diào)制到高頻載波上，再經(jīng)功率放大后發(fā)射出去，它決定了手持發(fā)射機的無線遙控距離。本系統(tǒng)選用了調(diào)制、驅(qū)動和發(fā)射一體化模塊。該模塊采用聲表諧振器穩(wěn)頻，SMT樹脂封裝，頻率一致性較好，免調(diào)試，特別適合多發(fā)多收無線遙控及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。而一般的LC振蕩器頻率穩(wěn)定度及一致性較差，即使采用高品質(zhì)微調(diào)電容，溫差變化及振動也很難保證已調(diào)好的頻點不會發(fā)生偏移。

采用UPS供電是為了保證手持發(fā)射機在戶外工作時，發(fā)射緩沖區(qū)RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。因為，發(fā)射緩沖區(qū)需要暫存的圖像點陣數(shù)據(jù)量很大，若采用超大容量的非易失性存儲器，如E2PROM，F(xiàn)LASH及FRAM等，不僅成本高，而且采購困難，所以系統(tǒng)選用了普通RAM作為緩沖寄存器。

2.3　接收機和顯示模塊

接收機和顯示模塊由接收器、譯碼器、單片機、顯示驅(qū)動、LED屏及供電系統(tǒng)組成，其結構框圖如圖4所示。

接收器將接收到的高頻信號經(jīng)放大整形后解調(diào)出數(shù)字編碼信號。我們選用了與發(fā)射模塊相對應的接收解調(diào)一體化模塊。該系列模塊采用超外差、二次變頻技術，并將所有的射頻接收、混頻、濾波、數(shù)據(jù)解調(diào)、放大整形電路全部集成在模塊內(nèi)，功能高度集成化，免去射頻頻率調(diào)試及超再生接收電路的不穩(wěn)定性，具有可靠性高、頻率穩(wěn)定、接收頻率免調(diào)試等特點。

譯碼器將數(shù)字編碼信號譯碼，再并行輸出給單片機。我們選用的是與編碼相對應的碼分多址串行解碼專用芯片。

單片機負責接收數(shù)據(jù)的識別、保存、顯示方式轉換。單片機選用了ATMEL公司的89S52，通用性好，性價比高。

顯示模塊用于顯示廣告信息。該模塊包括LED顯示屏和顯示驅(qū)動板，自帶顯示緩沖區(qū)，并以動態(tài)掃描方式驅(qū)動LED顯示屏，具有功耗低、亮度大等特點。

接收顯示系統(tǒng)的供電電源沒有特殊要求，但要留有相當裕量并注意通風散熱，因為，很多LED廣告牌引起的火災都是由于供電系統(tǒng)造成的。

3　軟件結構

本系統(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。

3.1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、顯示點陣轉換程序和串口通信程序，是三大主控程序中結構最復雜的一部分。

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DOS平臺下的主控程序與底層通信軟件結合，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。在此基礎上用Visual C＋＋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、順序轉發(fā)；對于連續(xù)的動畫圖像，要按幀分別計算偏移量，關鍵是背景圖像與動畫文字要同步。該部分的軟件是在TURBO C3.0的環(huán)境下編寫的。

串口通信程序則較為簡單，附屬于點陣轉換程序中。

限于篇幅和技術原因，這里僅以PC機漢字抽取發(fā)送程序為例，敘述其原理和結構。

設終端顯示屏所顯示的是16