基于單片機(jī)編程的遙控LED廣告牌設(shè)計(jì)

摘要：提出了通過(guò)手持發(fā)射機(jī)遙控LED廣告牌的新方案，討論了高穩(wěn)定性無(wú)線數(shù)字通信的系統(tǒng)方案，分析了圖像點(diǎn)陣抽取和移動(dòng)算法、信源編碼譯碼、高頻發(fā)射接收、單片機(jī)控制及饋電系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)，給出了硬件結(jié)構(gòu)框圖和軟件流程圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，整機(jī)性能可靠，使用方便，性價(jià)比高。

關(guān)鍵詞：LED廣告牌；無(wú)線遙控；編碼譯碼；抽取和移動(dòng)算法；碼分多址

0 引言

LED廣告牌是一種面向公眾的信息顯示終端，有著非常廣泛的民用和商用價(jià)值。而現(xiàn)在大多數(shù)LED廣告牌顯示的信息都是事先固化在系統(tǒng)中的，這失去了信息的實(shí)時(shí)性，特別不方便用戶更換顯示內(nèi)容；少數(shù)LED廣告牌采用與微機(jī)直接相連，用微機(jī)來(lái)傳送信息，這種系統(tǒng)解決了信息刷新問(wèn)題，但由于有線連接，制約了系統(tǒng)放置的隨意性，特別是對(duì)于面向多地區(qū)多客戶的廣告公司來(lái)說(shuō)，給系統(tǒng)的實(shí)時(shí)更新和維護(hù)帶來(lái)了許多不便。

本文提出了通過(guò)手持發(fā)射機(jī)遙控LED廣告牌的新方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)廣告牌內(nèi)容及顯示方式的靈活改變，使用非常方便。該方案以PC機(jī)為上位機(jī)，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)均以單片機(jī)為核心，具有較高的性能價(jià)格比。

1 系統(tǒng)方案

1.1 無(wú)線遙控方式

要想達(dá)到遙控的目的，就必須通過(guò)無(wú)線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(yōu)點(diǎn)：

1）傳輸距離比另兩者遠(yuǎn)得多；

2）可用的元器件種類豐富，性能也很好，價(jià)格便宜；

3）技術(shù)更為成熟。

因此，本系統(tǒng)采用電波傳輸。即信息在手持發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間，靠無(wú)線電波傳送。

高頻無(wú)線發(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(diào)查論證，本系統(tǒng)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(diào)試。

1.2 數(shù)據(jù)編碼方式

信源的編碼和譯碼在無(wú)線通信中是至關(guān)重要的，它可以提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃院陀行浴?/p>

本系統(tǒng)中要傳輸?shù)男盘?hào)是圖像的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大。傳輸和接收數(shù)據(jù)的好壞，直接關(guān)系到顯示終端上顯示信息的正確與否。廣告牌是置于戶外的，其干擾源很多。所以，在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，編碼、解碼的可靠性和抗干擾性是設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。

本系統(tǒng)從無(wú)線通信理論入手，對(duì)編碼解碼技術(shù)及其對(duì)系統(tǒng)的影響做了深入的研究，經(jīng)反復(fù)比較，最后選用適合本系統(tǒng)的編碼解碼專用芯片。該模塊還利用碼分多址技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)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(quán)編碼數(shù)據(jù)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(jì)算出在圖像源數(shù)據(jù)庫(kù)中的偏移地址，從而取出相應(yīng)的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，生成新的顯示數(shù)據(jù)。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(jì)算出下一幀數(shù)據(jù)在顯示點(diǎn)陣數(shù)據(jù)庫(kù)中應(yīng)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(xiàn)場(chǎng)效果，特別是對(duì)于彩色顯示屏尤為重要。

1.4 系統(tǒng)框圖

整個(gè)系統(tǒng)由三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)組成，即上位機(jī)、手持發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和顯示屏系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

上位機(jī)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(zhuǎn)換為L(zhǎng)ED顯示屏對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，并通過(guò)PC機(jī)的串行口將點(diǎn)陣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到手持發(fā)射機(jī)中。

手持發(fā)射機(jī)的作用是將上位機(jī)傳來(lái)的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)和面板鍵盤上接收到的命令經(jīng)編碼、調(diào)制后，以碼分多址通信方式轉(zhuǎn)發(fā)給戶外的用戶群，并可現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置和調(diào)試顯示屏的顯示格式。

接收機(jī)將接收到的高頻信號(hào)經(jīng)放大整形、解調(diào)譯碼后，再并行輸出給單片機(jī)，由單片機(jī)對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別、轉(zhuǎn)存，實(shí)時(shí)改變顯示方式和顯示內(nèi)容，并驅(qū)動(dòng)LED顯示屏。

2 硬件配置

系統(tǒng)硬件主要有三大部分，即上位機(jī)、手持發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和顯示模塊。

2.1 上位機(jī)

上位機(jī)直接選用通用PC機(jī)，這主要是考慮到PC機(jī)處理指令能力很強(qiáng)，標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用軟件豐富，接口有很強(qiáng)的通用性，基于PC機(jī)的程序有很強(qiáng)的兼容性和可移植性，性價(jià)比高。

由于上位機(jī)系統(tǒng)要完成顯示信息（圖像和文字）的錄入、編輯及動(dòng)畫效果設(shè)計(jì)，因此，除了中心PC機(jī)外還必須配備相應(yīng)的輸入外設(shè)，例如掃描儀、攝像頭、鍵盤等。網(wǎng)絡(luò)（INTERNET）接口也是必不可少的，這樣可以實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)程下載和廣告系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化管理。

上位機(jī)系統(tǒng)的組成如圖2所示。

圖2 上位機(jī)系統(tǒng)配置框圖

2.2 手持發(fā)射機(jī)

發(fā)射機(jī)由單片機(jī)、鍵盤、編碼器、發(fā)射器、串行通信接口和UPS供電系統(tǒng)組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

圖3 發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)框圖