中心議題：

• 無線遙控LED廣告牌的設計
• 係統方案介紹

解決方案：

• 上位機
  、手持發射機、接收機和顯示模塊設計介紹

引言

LED廣告牌是一種麵向公眾的信息顯示終端，有著非常廣泛的民用和商用價值。而現在大多數LED廣告牌顯示的信息都是事先固化在係統中的，這失去了信息的實時性
，特別不方便用戶更換顯示內容
；少數LEDguanggaopaicaiyongyuweijizhijiexianglian
，yongweijilaichuansongxinxi，zhezhongxitongjiejuelexinxishuaxinwenti
，danyouyuyouxianlianjie
，zhiyuelexitongfangzhidesuiyixing，tebieshiduiyumianxiangduodiquduokehudeguanggaogongsilaishuo
，geixitongdeshishigengxinheweihudailailexuduobubian。benwentichuletongguoshouchifashejiyaokongLED廣告牌的新方案，實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
，發射機和接收機均以單片機為核心，具有較高的性能價格比。

1 
、係統方案

1.1 無線遙控方式

無線遙控是指實現對被控目標的非接觸遙遠控製
，在工業控製、航空航天
、家(jia)電(dian)領(ling)域(yu)應(ying)用(yong)廣(guang)泛(fan)。無(wu)線(xian)遙(yao)控(kong)和(he)無(wu)線(xian)傳(chuan)輸(shu)係(xi)統(tong)與(yu)有(you)線(xian)和(he)紅(hong)外(wai)設(she)備(bei)相(xiang)比(bi)提(ti)高(gao)了(le)移(yi)動(dong)自(zi)由(you)度(du)。由(you)此(ci)使(shi)無(wu)線(xian)遙(yao)控(kong)裝(zhuang)置(zhi)和(he)無(wu)線(xian)傳(chuan)輸(shu)係(xi)統(tong)在(zai)工(gong)業(ye)領(ling)域(yu)的(de)應(ying)用(yong)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)。相(xiang)對(dui)電(dian)纜(lan)連(lian)線(xian)的(de)優(you)點(dian)在(zai)於(yu)安(an)裝(zhuang)成(cheng)本(ben)低(di)（無需布線、不用地下工程、沒有電纜槽），提高了靈活性並降低了維護成本。

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製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
，本係統采用電波傳輸。即信息在手持發射機和接收機之間，靠無線電波傳送。

高頻無線發射及接收模塊的性能直接影響到遙控距離與通信質量，經過多方調查論證，本係統采用一體化發射
、接收模塊。它的主要優點是頻率一致性好，免調試。

1.2 數據編碼方式

數(shu)據(ju)編(bian)碼(ma)是(shi)指(zhi)把(ba)需(xu)要(yao)加(jia)工(gong)處(chu)理(li)的(de)數(shu)據(ju)庫(ku)信(xin)息(xi)，用(yong)特(te)寫(xie)的(de)數(shu)字(zi)來(lai)表(biao)示(shi)的(de)一(yi)種(zhong)技(ji)術(shu)，是(shi)根(gen)據(ju)一(yi)定(ding)數(shu)據(ju)結(jie)構(gou)和(he)目(mu)標(biao)的(de)定(ding)性(xing)特(te)征(zheng)
，將(jiang)數(shu)據(ju)轉(zhuan)換(huan)為(wei)代(dai)碼(ma)或(huo)編(bian)碼(ma)字(zi)符(fu)，在(zai)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)中(zhong)表(biao)示(shi)數(shu)據(ju)組(zu)成(cheng)


，並(bing)作(zuo)為(wei)傳(chuan)送(song)

、jieshouhechulideyizuguizeheyueding。youyujisuanjiyaochulideshujuxinxishifenpangza，youxieshujukusuodaibiaodehanyiyoushirennanyijiyi。weilebianyushiyong，rongyijiyi，changchangyaoduijiagongchulideduixiangjinxingbianma
，yongyigebianmafuhedaibiaoyitiaoxinxihuoyichuanshuju。duishujujinxingbianmazaijisuanjideguanlizhongfeichangzhongyao，keyifangbiandijinxingxinxifenlei、校核
、合計、檢jian索suo等deng操cao作zuo。因yin此ci，數shu據ju編bian碼ma就jiu成cheng為wei計ji算suan機ji處chu理li的de關guan鍵jian。即ji不bu同tong的de信xin息xi記ji錄lu應ying當dang采cai用yong不bu同tong的de編bian碼ma，一yi個ge碼ma點dian可ke以yi代dai表biao一yi條tiao信xin息xi記ji錄lu。人ren們men可ke以yi利li用yong編bian碼ma來lai識shi別bie每mei一yi個ge記ji錄lu，區qu別bie處chu理li方fang法fa

，進jin行xing分fen類lei和he校xiao核he，從cong而er克ke服fu項xiang目mu參can差cha不bu齊qi的de缺que點dian，節jie省sheng存cun儲chu空kong間jian，提ti高gao處chu理li速su度du。

信(xin)源(yuan)的(de)編(bian)碼(ma)和(he)譯(yi)碼(ma)在(zai)無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)中(zhong)是(shi)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)，它(ta)可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)有(you)效(xiao)性(xing)。廣(guang)告(gao)牌(pai)是(shi)置(zhi)於(yu)戶(hu)外(wai)的(de)
，其(qi)幹(gan)擾(rao)源(yuan)很(hen)多(duo)。所(suo)以(yi)，在(zai)本(ben)係(xi)統(tong)的(de)設(she)計(ji)中(zhong)，編(bian)碼(ma)、解碼的可靠性和抗幹擾性是設計成敗的關鍵。

benxitongcongwuxiantongxinlilunrushou，duibianmajiemajishujiqiduixitongdeyingxiangzuoleshenrudeyanjiu，jingfanfubijiao，zuihouxuanyongshihebenxitongdebianmajiemazhuanyongxinpian。gaimokuaihailiyongmafenduozhijishujinxingshujubianmajiema，zuiduoketigong531441（312）個地址碼，可以徹底消除任何碼址衝突和非授權編碼數據的幹擾。

1.3 圖像點陣抽取和移動算法

圖tu像xiang點dian陣zhen的de抽chou取qu是shi利li用yong算suan法fa計ji算suan出chu在zai圖tu像xiang源yuan數shu據ju庫ku中zhong的de偏pian移yi地di址zhi
，從cong而er取qu出chu相xiang應ying的de點dian陣zhen數shu據ju
，生sheng成cheng新xin的de顯xian示shi數shu據ju。抽chou取qu算suan法fa的de正zheng確que與yu否fou直zhi接jie關guan係xi到dao顯xian示shi圖tu像xiang的de正zheng確que性xing。

ertuxiangyidongzeshiliyongsuanfajisuanchuxiayizhenshujuzaixianshidianzhenshujukuzhongyingdiejiadepianyidizhi。yidongsuanfadezhengqueyufouzhijieguanxidaodongtaituxianghuozhewenziyubeijingdetongbuxinghexianchangxiaoguo
，tebieshiduiyucaisexianshipingyouweizhongyao。[page]

1.4 係統框圖

整個係統由三個相對獨立的子係統組成，即上位機
、手持發射機
、接收機和顯示屏係統。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據，並通過PC機的串行口將點陣數據轉存到手持發射機中。

手持發射機的作用是將上位機傳來的點陣數據和麵板鍵盤上接收到的命令經編碼、調製後，以碼分多址通信方式轉發給戶外的用戶群
，並可現場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放大整形
、解調譯碼後，再並行輸出給單片機，由單片機對接收數據進行識別
、轉存，實時改變顯示方式和顯示內容

，並驅動LED顯示屏。

2、硬件配置

係統硬件主要有三大部分
，即上位機、手持發射機、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）。下位機是直接控製設備獲取設備狀況的計算機
，一般是PLC/ 單(dan)片(pian)機(ji)之(zhi)類(lei)的(de)。上(shang)位(wei)機(ji)發(fa)出(chu)的(de)命(ming)令(ling)首(shou)先(xian)給(gei)下(xia)位(wei)機(ji)，下(xia)位(wei)機(ji)再(zai)根(gen)據(ju)此(ci)命(ming)令(ling)解(jie)釋(shi)成(cheng)相(xiang)應(ying)時(shi)序(xu)信(xin)號(hao)直(zhi)接(jie)控(kong)製(zhi)相(xiang)應(ying)設(she)備(bei)。標(biao)準(zhun)應(ying)用(yong)軟(ruan)件(jian)豐(feng)富(fu)

，接(jie)口(kou)有(you)很(hen)強(qiang)的(de)通(tong)用(yong)性(xing)，基(ji)於(yu)PC機的程序有很強的兼容性和可移植性
，性價比高。

由於上位機係統要完成顯示信息（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。網絡（INTERNET）接口也是必不可少的

，這樣可以實現信息的遠程下載和廣告係統的網絡化管理。

上位機係統的組成如圖2所示。


2.2 手持發射機

發射機由單片機、鍵盤

、編碼器
、發射器
、串行通信接口和UPS供電係統組成，其結構框圖如圖3所示。


單片機的作用是將PC機傳來的圖像點陣或自身EPROM中的圖像點陣暫存在發射緩衝區RAM中
，再根據鍵盤的命令串行發送至編碼器。

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
，且價格便宜。

鍵盤用於設定圖像移動速度、顯示模式和發射的通信協議。[page]

編碼器是本係統的關鍵部件之一
，決定了通信的可靠性。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態地址引腳（最多可提供312個地址碼）
，最多6位數據引腳，大範圍的工作電壓，單電阻振蕩器，輸出形式可設為鎖存或瞬態。

發(fa)射(she)器(qi)的(de)作(zuo)用(yong)是(shi)將(jiang)編(bian)碼(ma)後(hou)的(de)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)調(tiao)製(zhi)到(dao)高(gao)頻(pin)載(zai)波(bo)上(shang)，再(zai)經(jing)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)後(hou)發(fa)射(she)出(chu)去(qu)，它(ta)決(jue)定(ding)了(le)手(shou)持(chi)發(fa)射(she)機(ji)的(de)無(wu)線(xian)遙(yao)控(kong)距(ju)離(li)。本(ben)係(xi)統(tong)選(xuan)用(yong)了(le)調(tiao)製(zhi)、驅動和發射一體化模塊。該模塊采用聲表諧振器穩頻，SMT樹脂封裝
，頻率一致性較好
，免調試，特別適合多發多收無線遙控及數據傳輸係統。而一般的LC 振蕩器頻率穩定度及一致性較差，即使采用高品質微調電容，溫差變化及振動也很難保證已調好的頻點不會發生偏移。

采用UPS供電是為了保證手持發射機在戶外工作時

，發射緩衝區RAM中的數據不丟失。因為

，發射緩衝區需要暫存的圖像點陣數據量很大，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，所以係統選用了普通RAM作為緩衝寄存器。

2.3 接收機和顯示模塊

接收機是一個具有如下組成的電路係統：天線
，濾波器

，放大器，A/D轉換器。GPS衛星發送的導航定位信號，是一種可供無數用戶共享的信息資源。對於陸地、 海洋和空間的廣大用戶，隻要用戶擁有能夠接收、跟蹤、變換和測量GPS信號的接收設備， 即GPS信號接收機
，就可以在任何時候用GPS信號進行導航定位測量。

接收機和顯示模塊由接收器
、譯碼器
、單片機、顯示驅動、LED屏及供電係統組成，其結構框圖如圖4所示。

接(jie)收(shou)器(qi)將(jiang)接(jie)收(shou)到(dao)的(de)高(gao)頻(pin)信(xin)號(hao)經(jing)放(fang)大(da)整(zheng)形(xing)後(hou)解(jie)調(tiao)出(chu)數(shu)字(zi)編(bian)碼(ma)信(xin)號(hao)。我(wo)們(men)選(xuan)用(yong)了(le)與(yu)發(fa)射(she)模(mo)塊(kuai)相(xiang)對(dui)應(ying)的(de)接(jie)收(shou)解(jie)調(tiao)一(yi)體(ti)化(hua)模(mo)塊(kuai)。單(dan)頻(pin)接(jie)收(shou)機(ji)。單(dan)頻(pin)接(jie)收(shou)機(ji)隻(zhi)能(neng)接(jie)收(shou)L1 載波信號，測定載波相位觀測值進行定位。由於不能有效消除電離層延遲影響，單頻接收機隻適用於短基線（《15km）的精密定位。2、雙頻接收機。雙頻接收機可以同時接收L1，L2zaiboxinhao。liyongshuangpinduidianlicengyanchidebuyiyang，keyixiaochudianlicengduidianciboxinhaodeyanchideyingxiang
，yincishuangpinjieshoujikeyongyuchangdajiqiangonglidejingmidingwei。gaixiliemokuaicaiyongchaowaicha、二次變頻技術

，並將所有的射頻接收、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。

譯碼器將數字編碼信號譯碼
，再並行輸出給單片機。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
，性價比高。

顯示模塊用於顯示廣告信息。該模塊包括LED顯示屏和顯示驅動板，自帶顯示緩衝區，並以動態掃描方式驅動LED顯示屏，具有功耗低、亮度大等特點。

接收顯示係統的供電電源沒有特殊要求，但要留有相當裕量並注意通風散熱，因為
，很多LED廣告牌引起的火災都是由於供電係統造成的。

3、軟件結構

本係統的軟件主要由三大模塊組成，即上位機主控程序、發射機主控程序和接收機主控程序。

3.1 上位機主控程序

上位機主控程序實際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複雜的一部分。

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平台下的主控程序與底層通信軟件結合，通過串行及並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錄入。

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據。對於彩色顯示屏
，需要將圖像信息的RGB三基色數據分別抽樣，並分塊存儲、順序轉發
；對於連續的動畫圖像，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TURBOC3.0的環境下編寫的。

串口通信程序則較為簡單，附屬於點陣轉換程序中。

限於篇幅和技術原因，這裏僅以PC機漢字抽取發送程序為例，敘述其原理和結構。

設終端顯示屏所顯示的是16×16的漢字點陣。所以，要想在終端上顯示廣告信息，必須將該信息所包含的漢字的點陣數據傳到終端上。在TURBOC3.0中，將漢字賦值給一個變量時

，實際上是將該漢字的區位碼賦值給這個變量。每個漢字都是16×16的點陣，筆劃經過的地方為“1”
，其餘為“0”。這樣，按從上到下，從左到右的順序
，一個漢字由256個點組成，也就是32 個字節。漢字按區位碼的順序排列在漢字字庫中，區碼為行，位碼為列，一區有94位。這樣，某漢字在漢字庫中的偏移地址為（區碼×94+位碼）×32.取出後的32字節漢字點陣，經由PC機的串行口送入到發射機中。其流程如圖5所示。

3.2 發射機主控程序

發射機主控軟件的功能是通過串行口接收上位PC機發送來的圖像點陣，讀取鍵盤命令，並向編碼器串行發送操作命令或顯示數據。

該部分的軟件是在KeilC51環境下編寫的
，它可以將C語言直接翻譯成彙編語言
，生成二進製碼寫入單片機
，這樣編寫效率高一些。串行口觸發，則表明PC機有圖像點陣數據傳來，單片機立即接收點陣數據存於RAM中；當INT0觸發，表明鍵盤有動作
，立即接收鍵值判斷命令的類別，並向接收機發送圖像點陣數據或者操作命令。其功能流程如圖6所示。

3.3 接收機主控程序

該部分軟件的功能是完成對接收數據的識別、存儲
、變bian換huan和he顯xian示shi驅qu動dong，並bing可ke實shi現xian本ben地di本ben機ji的de自zi檢jian，顯xian示shi固gu化hua圖tu像xiang。當dang接jie收shou裝zhuang置zhi的de譯yi碼ma芯xin片pian有you輸shu出chu時shi，單dan片pian機ji就jiu中zhong斷duan當dang前qian的de顯xian示shi，接jie收shou標biao誌zhi字zi，然ran後hou判pan斷duan此ci標biao誌zhi字zi的de內nei容rong，確que定ding將jiang接jie收shou的de是shi圖tu像xiang點dian陣zhen，還hai是shi操cao作zuo控kong製zhi命ming令ling。若ruo是shi點dian陣zhen數shu據ju，就jiu將jiang其qi連lian續xu接jie收shou存cun放fang到dao一yi個ge顯xian示shi緩huan衝chong數shu據ju庫ku中zhong，按an當dang前qian的de方fang式shi顯xian示shi。若ruo是shi命ming令ling
，則ze立li刻ke改gai變bian顯xian示shi方fang式shi。

其中，關鍵的是圖像上
、下、左、右移動的實時實現。具體實現方法如下：

1）圖像的上下移動 ，直到一個圖像的移完為止；再移下一個圖像的點陣。上移的過程類似。
2）圖像的左右移動 將一圖像的每一行數據向左移位（使用C語言的移位指令）
，將移位後的點陣存放於BUF之中


，即可顯示。右移的過程類似。

接收機主控程序的功能流程如圖7所示。


4 、性能測試

係統功能及參數測試結果如下：

1）圖像錄入功能 掃描儀、攝像頭
、數碼相機

、圖像源文件；
2）文字錄入功能 鍵盤、WORD/TEXT源文件；
3）動畫設計功能 文字或圖形相對於背景移動、縮放
；
4）發射機設置功能 接收機序列號、圖像移動命令、自檢命令、發射命令；
5）接收機自檢功能 顯示藍草坪背景和“歡迎光臨”移動字符；
6）發射機待機時間 ≥120h;
7）發射機遙控距離 ≥250m;
8）發射機緩存空間 8MByte;
9）LED顯示屏 320×640DIP;
10）接收顯示係統功耗 ≤4kW.

5、 結語

整機性能測試及鑒定結論如下：

1）通過手持發射機遙控LED廣告牌，方案新穎，實用性強，具有較高的市場推廣價值

；
2）硬件配置科學，性能穩定
，性價比高

；
3）軟件結構合理，功能強大
，使用方便。