遙控LED廣告牌

1　系統方案

1.1　無(wú)線(xiàn)遙控方式

要想達到遙控的目的，就必須通過(guò)無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)傳輸方式有：聲波（超聲波），光波（紅外線(xiàn)）和電波?？紤]到電波傳輸具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　1）傳輸距離比另兩者遠得多；

　　2）可用的元器件種類(lèi)豐富，性能也很好，價(jià)格便宜；

　　3）技術(shù)更為成熟。

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

高頻無(wú)線(xiàn)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(guò)多方調查論證，本系統采用一體化發(fā)射、接收模塊。它的主要優(yōu)點(diǎn)是頻率一致性好，免調試。

1.2　數據編碼方式

信源的編碼和譯碼在無(wú)線(xiàn)通信中是至關(guān)重要的，它可以提高信號傳輸的可靠性和有效性。

本系統中要傳輸的信號是圖像的點(diǎn)陣數據，其特點(diǎn)是數據量大。傳輸和接收數據的好壞，直接關(guān)系到顯示終端上顯示信息的正確與否。廣告牌是置于戶(hù)外的，其干擾源很多。所以，在本系統的設計中，編碼、解碼的可靠性和抗干擾性是設計成敗的關(guān)鍵。

本系統從無(wú)線(xiàn)通信理論入手，對編碼解碼技術(shù)及其對系統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的編碼解碼專(zhuān)用芯片。該模塊還利用碼分多址技術(shù)進(jìn)行數據編碼解碼，最多可提供531 441（312）個(gè)地址碼，可以徹底消除任何碼址沖突和非授權編碼數據的干擾。

1.3　圖像點(diǎn)陣抽取和移動(dòng)算法

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

而圖像移動(dòng)則是利用算法計算出下一幀數據在顯示點(diǎn)陣數據庫中應疊加的偏移地址。移動(dòng)算法的正確與否直接關(guān)系到動(dòng)態(tài)圖像或者文字與背景的同步性和現場(chǎng)效果，特別是對于彩色顯示屏尤為重要。

1.4　系統框圖

整個(gè)系統由三個(gè)相對獨立的子系統組成，即上位機、手持發(fā)射機、接收機和顯示屏系統。其結構框圖如圖1所示。

上位機的任務(wù)是完成顯示信息的錄入和編輯，再經(jīng)過(guò)點(diǎn)陣抽取和移動(dòng)算法將顯示信息轉換為L(cháng)ED顯示屏對應的點(diǎn)陣數據，并通過(guò)PC機的串行口將點(diǎn)陣數據轉存到手持發(fā)射機中。

手持發(fā)射機的作用是將上位機傳來(lái)的點(diǎn)陣數據和面板鍵盤(pán)上接收到的命令經(jīng)編碼、調制后，以碼分多址通信方式轉發(fā)給戶(hù)外的用戶(hù)群，并可現場(chǎng)設置和調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、解調譯碼后，再并行輸出給單片機，由單片機對接收數據進(jìn)行識別、轉存，實(shí)時(shí)改變顯示方式和顯示內容，并驅動(dòng)LED顯示屏。

2　硬件配置

系統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?xún)r(jià)比高。

由于上位機系統要完成顯示信息（圖像和文字）的錄入、編輯及動(dòng)畫(huà)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(pán)等。網(wǎng)絡(luò )（INTERNET）接口也是必不可少的，這樣可以實(shí)現信息的遠程下載和廣告系統的網(wǎng)絡(luò )化管理。

上位機系統的組成如圖2所示。

2.2　手持發(fā)射機

發(fā)射機由單片機、鍵盤(pán)、編碼器、發(fā)射器、串行通信接口和UPS供電系統組成，其結構框圖如圖3所示。


單片機的作用是將PC機傳來(lái)的圖像點(diǎn)陣或自身EPROM中的圖像點(diǎn)陣暫存在發(fā)射緩沖區RAM中，再根據鍵盤(pán)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，性能穩定，且價(jià)格便宜。

鍵盤(pán)用于設定圖像移動(dòng)速度、顯示模式和發(fā)射的通信協(xié)議。

編碼器是本系統的關(guān)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據，按設定的格式進(jìn)行編碼，再串行輸出到發(fā)射器。經(jīng)過(guò)比較，我們選用了碼分多址串行編碼專(zhuān)用芯片。該芯片的主要特點(diǎn)有CMOS技術(shù)，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(gè)地址碼)，最多6位數據引腳，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字信號調制到高頻載波上，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(wú)線(xiàn)遙控距離。本系統選用了調制、驅動(dòng)和發(fā)射一體化模塊。該模塊采用聲表諧振器穩頻，SMT樹(shù)脂封裝，頻率一致性較好，免調試，特別適合多發(fā)多收無(wú)線(xiàn)遙控及數據傳輸系統。而一般的LC振蕩器頻率穩定度及一致性較差，即使采用高品質(zhì)微調電容，溫差變化及振動(dòng)也很難保證已調好的頻點(diǎn)不會(huì )發(fā)生偏移。

采用UPS供電是為了保證手持發(fā)射機在戶(hù)外工作時(shí)，發(fā)射緩沖區RAM中的數據不丟失。因為，發(fā)射緩沖區需要暫存的圖像點(diǎn)陣數據量很大，若采用超大容量的非易失性存儲器，如E2PROM，FLASH及FRAM等，不僅成本高，而且采購困難，所以系統選用了普通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、顯示驅動(dòng)、LED屏及供電系統組成，其結構框圖如圖4所示。

接收器將接收到的高頻信號經(jīng)放大整形后解調出數字編碼信號。我們選用了與發(fā)射模塊相對應的接收解調一體化模塊。該系列模塊采用超外差、二次變頻技術(shù)，并將所有的射頻接收、混頻、濾波、數據解調、放大整形電路全部集成在模塊內，功能高度集成化，免去射頻頻率調試及超再生接收電路的不穩定性，具有可靠性高、頻率穩定、接收頻率免調試等特點(diǎn)。

譯碼器將數字編碼信號譯碼，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(zhuān)用芯片。

單片機負責接收數據的識別、保存、顯示方式轉換。單片機選用了ATMEL公司的89S52，通用性好，性?xún)r(jià)比高。

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

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

3　軟件結構

本系統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

上位機主控程序實(shí)際上包括顯示信息生成程序、顯示點(diǎn)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(dòng)畫(huà)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(guò)串行及并行通信口完成用戶(hù)對源文件、INTERNET接口及其他輸入設備的多參數錄入。在此基礎上用Visual C＋＋語(yǔ)言設計了主控軟件，生成動(dòng)畫(huà)，并通過(guò)界面和對話(huà)框的形式實(shí)現了對整個(gè)上位機系統的可視化控制。

顯示點(diǎn)陣轉換程序就是將生成的顯示信息通過(guò)點(diǎn)陣抽取和移動(dòng)算法將顯示信息轉換為L(cháng)ED顯示屏對應的點(diǎn)陣數據。對于彩色顯示屏，需要將圖像信息的RGB三基色數據分別抽樣，并分塊存儲、順序轉發(fā)；對于連續的動(dòng)畫(huà)圖像，要按幀分別計算偏移量，關(guān)鍵是背景圖像與動(dòng)畫(huà)文字要同步。該部分的軟件是在TURBO C3.0的環(huán)境下編寫(xiě)的。

串口通信程序則較為簡(jiǎn)單，附屬于點(diǎn)陣轉換程序中。

限于篇幅和技術(shù)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