無(wú)線(xiàn)遙控LED廣告牌的設計與實(shí)現

　　引言

　　LED廣告牌是一種面向公眾的信息顯示終端，有著(zhù)非常廣泛的民用和商用價(jià)值。而現在大多數LED廣告牌顯示的信息都是事先固化在系統中的，這失去了信息的實(shí)時(shí)性，特別不方便用戶(hù)更換顯示內容；少數LED廣告牌采用與微機直接相連，用微機來(lái)傳送信息，這種系統解決了信息刷新問(wèn)題，但由于有線(xiàn)連接，制約了系統放置的隨意性，特別是對于面向多地區多客戶(hù)的廣告公司來(lái)說(shuō)，給系統的實(shí)時(shí)更新和維護帶來(lái)了許多不便。文提出了通過(guò)手持發(fā)射機遙控LED廣告牌的新方案，實(shí)現了對廣告牌內容及顯示方式的靈活改變，使用非常方便。該方案以PC機為上位機，發(fā)射機和接收機均以單片機為核心，具有較高的性能價(jià)格比。

　　1 、系統方案

　　1.1 無(wú)線(xiàn)遙控方式

　　無(wú)線(xiàn)遙控是指實(shí)現對被控目標的非接觸遙遠控制，在工業(yè)控制、航空航天、家電領(lǐng)域應用廣泛。無(wú)線(xiàn)遙控和無(wú)線(xiàn)傳輸系統與有線(xiàn)和紅外設備相比提高了移動(dòng)自由度。由此使無(wú)線(xiàn)遙控裝置和無(wú)線(xiàn)傳輸系統在工業(yè)領(lǐng)域的應用越來(lái)越多。相對電纜連線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)在于安裝成本低（無(wú)需布線(xiàn)、不用地下工程、沒(méi)有電纜槽），提高了靈活性并降低了維護成本。

　　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

　　數據編碼是指把需要加工處理的數據庫信息，用特寫(xiě)的數字來(lái)表示的一種技術(shù)，是根據一定數據結構和目標的定性特征，將數據轉換為代碼或編碼字符，在數據傳輸中表示數據組成，并作為傳送、接受和處理的一組規則和約定。由于計算機要處理的數據信息十分龐雜，有些數據庫所代表的含義又使人難以記憶。為了便于使用，容易記憶，常常要對加工處理的對象進(jìn)行編碼，用一個(gè)編碼符合代表一條信息或一串數據。對數據進(jìn)行編碼在計算機的管理中非常重要，可以方便地進(jìn)行信息分類(lèi)、校核、合計、檢索等操作。因此，數據編碼就成為計算機處理的關(guān)鍵。即不同的信息記錄應當采用不同的編碼，一個(gè)碼點(diǎn)可以代表一條信息記錄。人們可以利用編碼來(lái)識別每一個(gè)記錄，區別處理方法，進(jìn)行分類(lèi)和校核，從而克服項目參差不齊的缺點(diǎn)，節省存儲空間，提高處理速度。

　　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。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531441（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。

　　圖1 系統總體結構框圖

　　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LED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

　　上位機是指人可以直接發(fā)出操控命令的計算機，一般是PC，屏幕上顯示各種信號變化（液壓，水位，溫度等）。下位機是直接控制設備獲取設備狀況的計算機，一般是PLC/單片機之類(lèi)的。上位機發(fā)出的命令首先給下位機，下位機再根據此命令解釋成相應時(shí)序信號直接控制相應設備。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。

　　圖2 上位機系統配置框圖

　　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。

　　圖3 發(fā)射機結構框圖

　　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。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)。