基本信息
- 项目名称：
- 多通信模式下智能LED屏显示系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本系统利用目前发展迅速的无线通信手段，与无线运营商的先进技术相结合，融入了自身的创新性思维，实现了多模式通信，提高了系统运行的可靠性。特别是图形处理和现实技术在行业内的图形显示处理技术中尚属首创。
- 详细介绍：
- LED显示系统主要包括通信接口、数据处理器(CPU)、数据存储器(ROM)、内码点阵存储器和LED显示屏。LED显示系统的工作原理如下图，首先从数据存储器里将要显示的内码信息读出，其次根据内码从内码点阵存储器里调出相应的内码点阵，最后把点阵数据送到LED显示屏显示。下图中，通信接口的主要作用就是作为接收数据和发送数据的通道。通过通信接口(例如，RS232, 485等)接收要显示的信息，经过数据处理器的校验后，将信息存储到数据存储器。 (一)图文显示原理： 由全彩LED显示屏、主控计算机以及相应的接口控制系统、接受分区系统、控制驱动系统、电源（显示点亮）系统等各部分组成；通过对系统操作，用户可以方便地编辑要显示信息的内容，显示或同步显示播放文字、图片。 （1）全彩LED显示屏，各种性能参数，详见附表 （2）主控计算机部分以及相应的接口控制系统 此部分的主控计算机主要控制其对应的显示屏的显示效果。它可以自动运行一个不断循环的程序，也可以根据给定的节目单去服务器上取得相关的显示数据进行显示。显示屏幕上的像素和主控计算机的显示器上的相应区域上像素一一对应，实现实时同步显示。通过主控计算机可以手动调节LED显示屏的白平衡、亮度、对比度、锐度、色度等。 （3）接口控制系统和全彩色控制技术 接口控制系统完成显示数据的图像处理，这些处理包括： 、灰度级控制统可以控制显示屏显示RGB各10位的数据，即红、绿、蓝各1024级灰度。 、自动或手动无级亮度、对比度调节。 、图像降噪处理，保证图像更加干净和平滑。 、图像增强技术，图像边缘增强技术。 、色度调节功能。 、视觉处理可以调整屏幕的红、绿蓝三色的三种亮度，调整白平衡，可以调整屏幕的色相等。 接口控制系统通过以上的各种软硬件处理后，把相应的显示区域的显示内容通过专门的长线发送技术发送到大屏幕的接收分区系统。 （4）接收分区系统 基本原理是实现接收存储数据的显示前暂寄存，采用串并数据转换和寄存的方法，实现显示屏数据的逐点、逐级寄存和显示。这一原理的优点是屏幕显示数据稳定可靠、不易受干扰、无闪烁、无水波纹。 （5）驱动控制系统： 驱动控制系统完成数据分配和显示扫描控制，扫描显示单元是模块化结构设计，它将显示数据按区域分配到显示屏上，并完成显示数据扫描。 ① 图像格式转换: 给定一个图形文件,软件自动将其转换成.bmp格式 ② 自动匹配LED屏的像素 读取DVI数据，采用信号包复用技术同步传送显示数据和控制数据，高效率的灰度分割算法，这里可以同时读取到帧、行频同步。主要由两部分组成：采样数据发送卡和现场分控器。通过大规模逻辑及其他组件，实时同步采集计算机输出的显示数据，通过高速缓存、格式转换后，由大容量传输通道传送到LED显示屏现场，最终转换成LED扫描控制信号，在LED显示屏上实现高清晰的图片、文本等节目内容的显示。 从电脑的DVI接口采集高清晰显示数据，输出差分信号。DVI接口高速输出的显示信号是串行灰度的数据，24位色数据，每个颜色的权值数据为8位，灰度等级为256级。LED显示屏上的灰度实现，是通过控制每一个LED的点亮时间PWM来实现的，为了更高效的实现不同的灰度，屏幕每个权值独立显示的方式，即控制整个屏幕分别显示1~8个权值的亮度。整个数据格式转换过程由，通过权值分离-缓存-分区提取-数据重整等一系列过程，最终得到LED显示屏的扫描数据。 LED屏幕灰度按256级灰度计算，8位权值数据由高到低依次为D7，D6……DO。设置合适的输出显示屏的串行时钟。提高并行输出的RGB数据信号组，即可提高显示屏面积并满足实际高清显示效果。对于不同的节目源、不同的显示屏体，需要经过不同数值的伽马校正来获得更符合人眼视觉的显示效果，得到更清晰的图像。 （二）短信控制原理： 由于GPRS属于2. 5G，所以GPRS兼容GSM的所有业务，当然也包括短信业务。所以本次设计首先运用GPRS模块通过短消息方式进行无线信息传送，并将其应用到LED显示系统上。 消息协议： 短消息协议是一个分层的协议结构，包括短消息应用层 (SM-AL, ShortMessage Application Layer)、短消息传送层(SM一TL, Short Message Transport Layer)、短消息中继层(SM-RL, Short Message Relay Layer)以及短消息链接层(SM-LL, Short Message Link Layer). SM-TL向SM-AL提供业务。这个业务使SM-AL能向它的对等短消息实体(SME,Short Messaging Entity)传送和接收短消息,为了跟踪消息和消息报告，传送和接收短消息SM-TL向SM-AL提供业务。 这个业务使SM-AL能向它的对等短消息实体SM-AL, SM-TL间的原语包含了一个短消息标志符。短消息标志符不在实体间传送，所以一条特定的消息在SC(业务中心，Service Center)和MS(移动台，Mobile Station)两边可能有不同的标志符。 SM-RL向SM-TL提供业务。这个业务使SM-TL能向它的对等实体发送和接收转移协议数据单元TPDU (Transfer Protocol Data Units)。为了跟踪TPDU并报告 那些TPDU, SM-TL, SM-RL间的原语包含了一个短消息标志符。短消息标志符不在SM-RL协议被运送，它通过SC和GMSC (SMS网关，Gateway MSC for SMS)之间的中继层业务运送，也被访问MSC(移动交换中心，Mobile Switching Center)和MS间的SM-RL业务运送。 （三）GPRS/CDMA通信制式原理 ： GPRS/CDMA远程控制卡：可以脱离PC独立运行，可以保存显示内容，通过LED信息发布软件向指定GPRS/CDMA控制卡发送信息，可设定信息发送时间，顺序、显示特效、显示时长等。GPRS/CDMA远程控制卡支持前两种控制卡的输入方式，比起前两种控制卡，功能更加强大，操作更加简便，适用于多种对显示要求精确时间的行业应用。 （四）有线控制卡（串口通信）： 串口(有线)控制卡：使用时可以脱离PC独立运行，通过串口从PC下载保存显示内容，滚动循环播放。更新内容时使用此卡的LED屏需要与PC连接下载数据。 发送端原理： 使用时用户只需将希望在LED屏幕上显示的内容在手机或电脑上按短信格式编辑好，然后像普通短信一样发送给接收端模块中的SIM卡所对应的号码。带SIM卡的接收模块接收到发来的短信后，首先检查短信的发送者是否为合法用户。若不是合法用户，将丢弃该短信；若是合法用户，则取出要显示的内容，并按要求的方式控制LED屏幕将信息显示出来。同时，接收端可将LED屏幕的状态数据以短信格式发送给合法用户。如此，利用移动通信网络实现了显示内容及状态数据的双向实时传输。 接收端原理： 此种基于移动数据的LED显示屏幕系统由无线收发模块、MCU(单片机)、LED驱动电路、LED显示屏幕四部分组成。接收端通过GPRS/CDMA无线模块收发移动数据，并控制LED驱动电路及显示屏幕将需要显示的内容用适当的方式显示出来。GPRS/CDMA无线收发模块使用需配一张市面上常见的普通SIM卡，负责接收合法用户通过移动网络发过来的显示内容， 并将LED显示屏的状态数据通过移动网络回传给用户。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：多通信模式发布LED显示内容。 创新点： 1.多通信模式，用户可自由选择,适合大规模组网。可同时支持G网和C网运行模式，既可用GPRS，也可用CDMA1X，这样就不受个别环境下某种信号弱的影响；支持直接用手机短信修改；支持直接串口通信（有线通信）。 2.环保节能。显示屏可根据不同光线环境自动调整显示亮度，降低功耗；开关屏可控，节约能源。 3.显示图形自动处理技术。当需要显示一个全屏图形时，无需进行繁琐的转换和匹配，只需将图形文件（图片）的名称输入到我们自行开发的软件中即可瞬间实现图形显示。其中间工作完全由软件进行处理，其中包括格式转换、像素匹配处理、颜色分辨、驱动缓存等一些列处理，但使用者则可以完全忽略这些过程。 关键技术： GPRS分组交换通信技术、CDMA码分多址通信技术、GPRS短信模块、C/S结构或者B/S结构系统软件、单片机控制电路、图像处理技术。 主要技术指标： LED控制卡主要指标： * 标准工业级产品，满足工业标准，可用于恶劣工业现场环境； * 支持双频GSM/GPRS 900M 1800M； * 内嵌TCP/IP协议，支持TCP协议； * 完全透明数据传输模式； * 永远在线; * 短信息的远程维护功能，可用短信息对产品进行远程复位； * 支持永远在线模式，断线自动重拨； * 独立的数据端口和命令端口，可接受远程AT命令
科学性、先进性
- GPRS/CDMA远程控制卡：可以脱离PC独立运行，可以保存显示内容，通过LED信息发布软件向指定GPRS/CDMA控制卡发送信息，既可用GPRS，也可用CDMA1X，这样就不受个别环境下某种信号弱的影响。GPRS/CDMA远程控制卡支持前两种控制卡的输入方式，比起串口控制卡，功能更加强大，操作更加简便，适用于多种对显示要求精确时间的行业应用。特别是需要整体图形显示时，利用我们自行开发的软件可以实现简单快捷的显示，而不需要繁琐的人工转换。 优势比较 组网规模：依靠GPRS网络，采用TCP/IP网络传输协议，节点数量理论上可以趋于无限；传统LED显示屏的内容由电脑通过串口数据线发送，显示屏数量受到串口数量或总线负载能力的限制 。 传输距离 ：在全国范围内，只要GPRS网络覆盖的地方都可以使用，不受距离和位置的限制；传统LED显示屏传输距离受数据线长度限制，一般只有几十米 。图像处理：自动将其转换成.bmp格式，并且可自动抽取或插值，以匹配LED屏的像素（包括颜色），快捷、方便。
获奖情况及鉴定结果
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作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
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作品可展示的形式
- 图片，样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势：可以脱离PC独立运行，可以保存显示内容，通过LED信息发布软件向指定GPRS/CDMA控制卡发送信息，可设定信息发送时间，顺序、显示特效、显示时长等。GPRS／CDMA远程控制卡支持前两种控制卡的输入方式，比起传统控制卡， 功能更加强大，操作更加简便，适用于多种对显示要求精确时间的行业应用。 适应范围及推广前景： 1.数字城市应用2.公交广告应用3.学校分布式信息传输应用4．住宅小区智能化广播通知应用5.大型专业行业交易市场 市场分析和经济效益预测： 当前市场上LED条屏虽琳琅满目，但是控制其字幕切换的GPRS LED卡的通信模式主要为串口通信（有线通信），而GPRS LED控制卡作为一款新兴的产品，是将传统的LED控制卡和GPRS数据通信终端合而为一，不受距离和时间的限制，为LED条屏的发展，开辟了一条新领域。
同类课题研究水平概述
- 目前，LED显示屏作为新一代的信息传播媒体，已经成为城市信息现代化建设的标志。但在LED显示屏信息的传送方式上，现在的有线数据传送已经不能满足技术上和经济上的要求：现在大多数的高速公路、机场、码头、广场、大厦上的大型LED显示屏，都带有长长的电缆或光缆，这不仅增加了费用，而且容易在通信上造成故障。为此，去掉电缆，采用无线信息传送已成为新的发展方向。 虽然近几年市场上有了基于GPRS通信的LED控制卡。具有代表性的是深圳科德瑞光电公司（在此附上其网址）研制的车载GPRS控制模块。而且在武汉地区已经出现了基本满足远距离通信的GPRS通信模块，但是其无法确保在移动信号弱的个别条件下进行通信，受制与信号的影响。为此，寻求一种操作方便，价格低，通信质量高的无线技术，是未来几年的发展趋势。 而为解决这个问题，我们创造性的将LED卡改装成可同时支持G网和C网运行模式，既可用GPRS，也可用CDMA1X，这样就不受个别环境下某种信号弱的影响，除此之外，该产品还支持上位机通过GPRS模块或CDMA模块对显示内容进行修改，也支持直接用手机短信修改，用户只要完成了GPRS/CDMA模块和显示屏系统的单片机的短消息无线通信的测试，就可以成功的将数据无线传送在LED显示屏上，这样不但更改LED显示信息很方便，而且提高了LED显示屏的市场竞争力。 目前同类产品在图形显示时仍需要进行全部（或者部分的）人工转换及像素匹配，工作量较大、效率偏低。
