如何設(shè)計(jì)LED顯示屏的控制系統(tǒng)？

LED顯示屏控制系統(tǒng)(LED Display Control System)，是按照用戶需求控制LED大屏幕正確顯示的系統(tǒng)，按照聯(lián)網(wǎng)方式分為聯(lián)網(wǎng)版和單機(jī)版兩大類。聯(lián)網(wǎng)版又稱為L(zhǎng)ED信息發(fā)布控制系統(tǒng)，可以通過(guò)云端系統(tǒng)控制各個(gè)LED終端。單機(jī)版又稱LED顯示屏控制器、LED顯示屏控制卡，它是組成LED顯示屏的核心部件、主要負(fù)責(zé)將外部的視頻輸入信號(hào)或者板載的多媒體文件轉(zhuǎn)換成LED大屏幕易于識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，從而點(diǎn)亮LED大屏幕的設(shè)備，其類似于家用PC中的顯卡，區(qū)別在于PC中顯示器為CRT/LCD等，本系統(tǒng)中顯示器則為L(zhǎng)ED大屏幕。按照接入信號(hào)方式則可分為同步系統(tǒng)和異步系統(tǒng)。‘’

LED顯示屏的控制系統(tǒng)可以根據(jù)不同的特點(diǎn)和功能進(jìn)行分類。以下是常見的LED顯示屏控制系統(tǒng)分類：

同步控制系統(tǒng)：同步控制系統(tǒng)通過(guò)傳輸同步信號(hào)來(lái)控制LED顯示屏，確保多個(gè)顯示屏之間的內(nèi)容同步顯示。同步控制系統(tǒng)適用于大型LED顯示屏，如室內(nèi)大屏幕、戶外廣告牌等。異步控制系統(tǒng)：異步控制系統(tǒng)允許用戶通過(guò)特定的軟件或設(shè)備將內(nèi)容發(fā)送到LED顯示屏，以異步方式進(jìn)行播放。異步控制系統(tǒng)適用于小型LED顯示屏，如店鋪標(biāo)牌、信息展示屏等。帶你全面了解LED顯示屏同步控制和異步控制。

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)：網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED顯示屏的集中管理和遠(yuǎn)程控制。用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將內(nèi)容發(fā)送到顯示屏，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度。

觸摸屏控制系統(tǒng)：觸摸屏控制系統(tǒng)允許用戶通過(guò)觸摸屏幕與LED顯示屏進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)互動(dòng)式內(nèi)容展示。這種控制系統(tǒng)常用于展覽、商場(chǎng)導(dǎo)覽、交互廣告等場(chǎng)景。

一、按照顯示的方式把LED顯示屏系統(tǒng)分為三類圖文顯示屏系統(tǒng)一般只是把顯示圖形、文字的LED顯示屏稱為圖文屏。圖文屏的主要特征是LED點(diǎn)陣中各發(fā)光器件只有亮或滅,而強(qiáng)弱不能控制,也就是說(shuō)此類屏沒有灰度等級(jí)控制。圖像顯示屏系統(tǒng)圖像顯示屏是相對(duì)于圖形顯示屏而言的,是指那些具有灰度等級(jí)的顯示屏,它所顯示的畫面更生動(dòng)逼真,圖像屏的主要特征是利用有限的灰度等級(jí)和顏色調(diào)制顯示出顏色和灰度要求不高的圖像。視頻顯示屏系統(tǒng)基于的撇示屏控制系統(tǒng)的研究能夠接收視頻信號(hào)并顯示運(yùn)動(dòng)的、清晰的、全彩色圖像的LED顯示屏就稱為視頻顯示屏。

LED顯示屏控制系統(tǒng)(LED Display Control System)，又稱LED顯示屏控制器、LED顯示屏控制卡。它是組成LED顯示屏的核心部件、主要負(fù)責(zé)責(zé)接收來(lái)自計(jì)算機(jī)串行口或DVI接口的畫面及視頻顯示信息，置入幀存儲(chǔ)器，按分區(qū)驅(qū)動(dòng)方式生成LED顯示屏所能識(shí)別的串行顯示數(shù)據(jù)和掃描控制時(shí)序。

通過(guò)對(duì)點(diǎn)陣模塊和控制電路的分析，確定LED顯示屏的部件構(gòu)成;通過(guò)對(duì)單片機(jī)及智能控制模塊的分析，確定LED顯示屏的組成結(jié)構(gòu)和掃描驅(qū)動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)LED顯示屏的顯示。

根據(jù)LED顯示屏控制系統(tǒng)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)了LED圖文顯示屏的體系結(jié)構(gòu)和工作流程。其中軟件系統(tǒng)與無(wú)線傳輸控制硬件主系統(tǒng)之間采用串行通訊方式完成程序下載，實(shí)現(xiàn)文本信息的傳輸。

1 LED顯示屏控制系統(tǒng)整體分析

LED顯示屏系統(tǒng)組成 LED圖文顯示屏系統(tǒng)由軟件控制系統(tǒng)、無(wú)線傳輸系統(tǒng)、設(shè)備主控制器、LED顯示點(diǎn)陣、電源等部分組成。基本結(jié)構(gòu)如下圖：

系統(tǒng)工作過(guò)程： 軟件控制系統(tǒng)主要完成的任務(wù)為圖文編輯、字模提取與保存、圖像預(yù)覽與文件傳輸;無(wú)線傳輸系統(tǒng)主要完成文件信息由PC機(jī)傳輸至LED顯示器，硬件控制系統(tǒng)中LED點(diǎn)陣主要任務(wù)是通過(guò)電流控制完成信息顯示，通過(guò)單片機(jī)的掃描驅(qū)動(dòng)方式的控制對(duì)LED點(diǎn)陣行列驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)并最終實(shí)現(xiàn)接收的圖文顯示功能。

2 計(jì)算機(jī)軟件模塊分析與設(shè)計(jì)

軟件模塊分為編輯部分和控制通訊部分，編輯部分實(shí)現(xiàn)圖文文件的編輯功能，通訊部分通過(guò)RS-232C串口通訊完成文件到單片機(jī)存儲(chǔ)模塊的傳輸。通訊部分將在第三章做詳細(xì)的介紹。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用Windows操作系統(tǒng)下，開啟文本編輯窗口，客戶區(qū)內(nèi)像素點(diǎn)采用與實(shí)際LED點(diǎn)陣顯示屏像素點(diǎn)相同，功能類似Word文檔編輯工具，包括編輯模塊、繪圖模塊、文字編輯模塊、顏色控制模塊、顯示效果加載模塊、預(yù)覽模塊、信息下載模塊。

2.1編輯模塊

1)除Windows自生成的剪貼、復(fù)制、粘貼功能，系統(tǒng)加入了撤消、重復(fù)功能。

首先。選中撤消功能可以實(shí)現(xiàn)之前編輯工作的一步步取消功能。然后，選中重復(fù)功能可以實(shí)現(xiàn)之前編輯工作的最近的一條操作命令。

2)繪圖：包括直線、矩形、橢圓、圓等在內(nèi)的圖形繪制功能。

3)文字編輯：包括各種字體、字形、字號(hào)、效果、顏色的文字的編輯，并且根據(jù)應(yīng)用的 特殊用途，加入指定位置文字的編輯。

首先，選中文字功能，彈出字體選擇框體，可以選擇各種字體的文字進(jìn)行編輯。之后，調(diào)出具體文字位置編輯對(duì)話框，輸入文字和要求顯示位置的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)。

4)顏色控制模塊：由于應(yīng)用領(lǐng)域的具體特點(diǎn)，主要采用了紅、綠、黃三種顏色，可以實(shí) 現(xiàn)顏色控制。

2.2 增添效果模塊：通過(guò)增添顯示效果和傳輸通訊中多屏文件單屏傳送，完善了控制系統(tǒng)的功能。

1)普通效果，靜態(tài)的顯示屏幕上的信息。

2)滾動(dòng)效果，可以實(shí)現(xiàn)從左向右的信息滾動(dòng)顯示，可以與靜態(tài)信息穿插顯示。

3)單屏信息傳輸，實(shí)現(xiàn)編輯待傳輸信息的保存。

4)多屏信息傳輸，實(shí)現(xiàn)編輯保存好的單屏信息合并保存成一個(gè)文件，大大減少傳輸文件時(shí)的煩瑣。

2.3 圖像預(yù)覽模塊：在文件傳輸之前實(shí)現(xiàn)字模信息的預(yù)覽功能，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)覽傳輸前所保存 的任何形式的字模信息，并且直接集成到工具欄文件打開功能鍵按鈕。

1)顯示效果，通過(guò)文件傳輸前的預(yù)覽，可以調(diào)整靜態(tài)與滾動(dòng)顯示效果的排列順序。

2)顯示時(shí)間，顯示不同屏幕顯示信息之間的時(shí)間間隔。 軟件模塊結(jié)構(gòu)圖如下：

3 LED顯示屏的控制技術(shù)

隨著第五代“陣列式”控制系統(tǒng)的研制并投入使用，此代控制系統(tǒng)的誕生又提高了元亨光電在屏體控制方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并使顯示信號(hào)的處理技術(shù)得到進(jìn)一步的改進(jìn)。 采用了“陣列式”控制系統(tǒng)之后。

首先，可以將顯示屏的換幀頻率由現(xiàn)在的60Hz左右提高到120Hz以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人的眼睛分辨能力，使人在觀看時(shí)無(wú)任何頻閃和水波紋現(xiàn)象出現(xiàn)，提高了顯示的質(zhì)量。

其次，可以將顯示屏紅、綠、藍(lán)三基色的灰度級(jí)別從現(xiàn)在的256級(jí)提高到1024級(jí)，使顏色更加鮮艷，色彩還原性更好，顯示的圖像更真實(shí)。

最后，采用LDVS信號(hào)進(jìn)行傳送，最大化地避免了信號(hào)的損失，使整個(gè)顯示屏顯示內(nèi)容同步，提高了顯示屏的一致性，整個(gè)顯示屏無(wú)任何色差色塊出現(xiàn)。

3.1 節(jié)能降耗技術(shù)

由于采用了陣列式控制系統(tǒng)，故能夠有效降低控制系統(tǒng)用于產(chǎn)生灰度造成的顯示屏亮度的損耗，據(jù)比較測(cè)算，傳統(tǒng)的“集中式控制系統(tǒng)”的系統(tǒng)損耗在30%～40%之間，“陣列式控制系統(tǒng)”的系統(tǒng)損耗在8%～10%之間，控制系統(tǒng)損耗的降低，有利于提高顯示屏的亮度，或者在同樣的亮度條件要求下，降低顯示屏的電流，從而達(dá)到節(jié)能降耗的效果。集中式控制系統(tǒng)，由于控制范圍大，為了保持一定的刷新率，不得不采用降低掃描次數(shù)，減低亮度來(lái)形成灰度;由于陣列式控制系統(tǒng)控制范圍小，可以大幅提高掃描次數(shù)，亮度損失隨之變小。陣列式系統(tǒng)的掃描次數(shù)，可以達(dá)到136場(chǎng)以上，而集中式最多能達(dá)到42場(chǎng)。

根據(jù)亮度損耗原理，計(jì)算表格比較如下：一塊200平方米的3906點(diǎn)/平方米規(guī)格的戶外全彩色顯示屏，如采用20mA的驅(qū)動(dòng)電流，理論最大亮度可以達(dá)到15000cd/m2，如果要達(dá)到6000cd/m2的最大實(shí)際亮度，采用“集中式控制系統(tǒng)”，按照30%的系統(tǒng)損耗，則顯示屏驅(qū)動(dòng)電流為11.4mA/像素點(diǎn)，供電最大電流為607A;如果采用“陣列式控制系統(tǒng)”，達(dá)到6000cd/ m2的最大實(shí)際亮度，按照10%的系統(tǒng)損耗，則顯示屏驅(qū)動(dòng)電流為8.89mA/像素點(diǎn)，最大電流為474A，節(jié)能幅度達(dá)到21.9%. 按照平均功耗是最大功耗的40%計(jì)算，每天按照10小時(shí)使用時(shí)間，每年300天計(jì)算，采用“集中式控制系統(tǒng)”每年耗電量為160248度。采用“陣列式控制系統(tǒng)”每年耗電量為125136度，節(jié)約開支約35112元/年(按每度電1.0元計(jì)算)

3.2 單點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)

為提高屏體可靠性，增加維護(hù)的便捷性，元亨光電特研發(fā)出顯示屏單點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)。通常LED顯示屏出廠前對(duì)LED像素的檢測(cè)是通過(guò)目測(cè)(即人眼觀看其是否按調(diào)試程序發(fā)光)，在長(zhǎng)時(shí)間觀看LED像素時(shí)，難免有一定視覺疲勞，漏判或誤判，其工作效率也不高?，F(xiàn)在我司使用屏體單點(diǎn)檢測(cè)功能，只需運(yùn)行相應(yīng)程序，即可判斷出像素的工作狀態(tài)，從而進(jìn)行修復(fù)，大大提高了屏體的可靠性。同時(shí)，隨著LED顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，超大型LED屏涌現(xiàn)市場(chǎng)。此類屏體一般安裝位置較高，觀看距離較遠(yuǎn)，為顯示屏的檢測(cè)工作帶來(lái)不便。對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)的判斷往往只能根據(jù)人為判斷，在運(yùn)用單點(diǎn)檢測(cè)功能后，維護(hù)人員可方便的查找出故障點(diǎn)的坐標(biāo)，快捷更換。

3.3 單點(diǎn)亮度與色度校正技術(shù)

LED顯示屏亮度色度均勻性問(wèn)題一直以來(lái)是困擾業(yè)內(nèi)人士的一大難題，一般認(rèn)為L(zhǎng)ED的亮度不均勻可以進(jìn)行單點(diǎn)校正，來(lái)改善亮度均勻性，而色度不均勻是無(wú)法進(jìn)行校正的，只能通過(guò)對(duì)LED色坐標(biāo)進(jìn)行細(xì)分和篩選來(lái)改善。 隨著人們對(duì)LED顯示屏的要求越來(lái)越高，只對(duì)LED色坐標(biāo)進(jìn)行細(xì)分和篩選已無(wú)法滿足人們挑剔的目光，對(duì)顯示屏進(jìn)行綜合校正處理，使色度均勻性得到改善是可實(shí)現(xiàn)的。首先，由于LED自身的不同導(dǎo)致在一定水平上的亮度和色度是不一致的(例如：使用同樣的電流點(diǎn)亮同一生產(chǎn)批次的兩個(gè)綠色LED，亮度可能會(huì)有30%的變化，波長(zhǎng)可能會(huì)有10-15nm的變化)。其次，使用一段時(shí)間以后藍(lán)色LED變暗程度最大，紅色最小，但是最大的問(wèn)題是一段時(shí)間以后LED變暗程度不同。因此，即使LED屏在工廠內(nèi)是一致性非常完美的，但隨著LED的變暗，一致性也會(huì)喪失，在不停使用三年以后LED屏的不一致性將會(huì)被顯著的發(fā)現(xiàn)。為此，元亨光電使用世界先進(jìn)的單色亮度與色度校正技術(shù)(也稱之為：亮度與色度簽名技術(shù))，用以解決由于不同顏色發(fā)光二極管衰減不一致帶來(lái)的顯色顏色不一致問(wèn)題。