無(wú)線遙控LED廣告牌的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　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)來傳送信息，這種系統(tǒng)解決了信息刷新問題，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說，給系統(tǒng)的實(shí)時(shí)更新和維護(hù)帶來了許多不便。文提出了通過手持發(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

　　無(wú)線遙控是指實(shí)現(xiàn)對(duì)被控目標(biāo)的非接觸遙遠(yuǎn)控制，在工業(yè)控制、航空航天、家電領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。無(wú)線遙控和無(wú)線傳輸系統(tǒng)與有線和紅外設(shè)備相比提高了移動(dòng)自由度。由此使無(wú)線遙控裝置和無(wú)線傳輸系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多。相對(duì)電纜連線的優(yōu)點(diǎn)在于安裝成本低（無(wú)需布線、不用地下工程、沒有電纜槽），提高了靈活性并降低了維護(hù)成本。

　　要想達(dá)到遙控的目的，就必須通過無(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?？紤]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

　　數(shù)據(jù)編碼是指把需要加工處理的數(shù)據(jù)庫(kù)信息，用特寫的數(shù)字來表示的一種技術(shù)，是根據(jù)一定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和目標(biāo)的定性特征，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為代碼或編碼字符，在數(shù)據(jù)傳輸中表示數(shù)據(jù)組成，并作為傳送、接受和處理的一組規(guī)則和約定。由于計(jì)算機(jī)要處理的數(shù)據(jù)信息十分龐雜，有些數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)加工處理的對(duì)象進(jìn)行編碼，用一個(gè)編碼符合代表一條信息或一串?dāng)?shù)據(jù)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼在計(jì)算機(jī)的管理中非常重要，可以方便地進(jìn)行信息分類、校核、合計(jì)、檢索等操作。因此，數(shù)據(jù)編碼就成為計(jì)算機(jī)處理的關(guān)鍵。即不同的信息記錄應(yīng)當(dāng)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識(shí)別每一個(gè)記錄，區(qū)別處理方法，進(jìn)行分類和校核，從而克服項(xiàng)目參差不齊的缺點(diǎn)，節(jié)省存儲(chǔ)空間，提高處理速度。

　　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?。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)過點(diǎn)陣抽取和移動(dòng)算法將顯示信息轉(zhuǎn)換為LED顯示屏對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，并通過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)是指人可以直接發(fā)出操控命令的計(jì)算機(jī)，一般是PC，屏幕上顯示各種信號(hào)變化（液壓，水位，溫度等）。下位機(jī)是直接控制設(shè)備獲取設(shè)備狀況的計(jì)算機(jī)，一般是PLC/單片機(jī)之類的。上位機(jī)發(fā)出的命令首先給下位機(jī)，下位機(jī)再根據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時(shí)序信號(hào)直接控制相應(yīng)設(shè)備。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

　　單片機(jī)的作用是將PC機(jī)傳來的圖像點(diǎn)陣或自身EPROM中的圖像點(diǎn)陣暫存在發(fā)射緩沖區(qū)RAM中，再根據(jù)鍵盤的命令串行發(fā)送至編碼器。

　　單片機(jī)選用的是ATMEL公司的89S52，該芯片運(yùn)算速度較快，性能穩(wěn)定，且價(jià)格便宜。

　　鍵盤用于設(shè)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(tǒng)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(shù)據(jù)引腳，大范圍的工作電壓，單電阻振蕩器，輸出形式可設(shè)為鎖存或瞬態(tài)。