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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 多通信模式下智能LED屏顯示系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本系統(tǒng)利用目前發(fā)展迅速的無線通信手段，與無線運(yùn)營商的先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，融入了自身的創(chuàng)新性思維，實(shí)現(xiàn)了多模式通信，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。特別是圖形處理和現(xiàn)實(shí)技術(shù)在行業(yè)內(nèi)的圖形顯示處理技術(shù)中尚屬首創(chuàng)。
- 詳細(xì)介紹：
- LED顯示系統(tǒng)主要包括通信接口、數(shù)據(jù)處理器(CPU)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ROM)、內(nèi)碼點(diǎn)陣存儲(chǔ)器和LED顯示屏。LED顯示系統(tǒng)的工作原理如下圖，首先從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器里將要顯示的內(nèi)碼信息讀出，其次根據(jù)內(nèi)碼從內(nèi)碼點(diǎn)陣存儲(chǔ)器里調(diào)出相應(yīng)的內(nèi)碼點(diǎn)陣，最后把點(diǎn)陣數(shù)據(jù)送到LED顯示屏顯示。下圖中，通信接口的主要作用就是作為接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)的通道。通過通信接口(例如，RS232, 485等)接收要顯示的信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理器的校驗(yàn)后，將信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 (一)圖文顯示原理： 由全彩LED顯示屏、主控計(jì)算機(jī)以及相應(yīng)的接口控制系統(tǒng)、接受分區(qū)系統(tǒng)、控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電源（顯示點(diǎn)亮）系統(tǒng)等各部分組成；通過對(duì)系統(tǒng)操作，用戶可以方便地編輯要顯示信息的內(nèi)容，顯示或同步顯示播放文字、圖片。 （1）全彩LED顯示屏，各種性能參數(shù)，詳見附表 （2）主控計(jì)算機(jī)部分以及相應(yīng)的接口控制系統(tǒng) 此部分的主控計(jì)算機(jī)主要控制其對(duì)應(yīng)的顯示屏的顯示效果。它可以自動(dòng)運(yùn)行一個(gè)不斷循環(huán)的程序，也可以根據(jù)給定的節(jié)目單去服務(wù)器上取得相關(guān)的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。顯示屏幕上的像素和主控計(jì)算機(jī)的顯示器上的相應(yīng)區(qū)域上像素一一對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)同步顯示。通過主控計(jì)算機(jī)可以手動(dòng)調(diào)節(jié)LED顯示屏的白平衡、亮度、對(duì)比度、銳度、色度等。 （3）接口控制系統(tǒng)和全彩色控制技術(shù) 接口控制系統(tǒng)完成顯示數(shù)據(jù)的圖像處理，這些處理包括： ?、灰度級(jí)控制統(tǒng)可以控制顯示屏顯示RGB各10位的數(shù)據(jù)，即紅、綠、藍(lán)各1024級(jí)灰度。 ?、自動(dòng)或手動(dòng)無級(jí)亮度、對(duì)比度調(diào)節(jié)。 ?、圖像降噪處理，保證圖像更加干凈和平滑。 ?、圖像增強(qiáng)技術(shù)，圖像邊緣增強(qiáng)技術(shù)。 ?、色度調(diào)節(jié)功能。 ?、視覺處理可以調(diào)整屏幕的紅、綠藍(lán)三色的三種亮度，調(diào)整白平衡，可以調(diào)整屏幕的色相等。 接口控制系統(tǒng)通過以上的各種軟硬件處理后，把相應(yīng)的顯示區(qū)域的顯示內(nèi)容通過專門的長線發(fā)送技術(shù)發(fā)送到大屏幕的接收分區(qū)系統(tǒng)。 （4）接收分區(qū)系統(tǒng) 基本原理是實(shí)現(xiàn)接收存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的顯示前暫寄存，采用串并數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和寄存的方法，實(shí)現(xiàn)顯示屏數(shù)據(jù)的逐點(diǎn)、逐級(jí)寄存和顯示。這一原理的優(yōu)點(diǎn)是屏幕顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠、不易受干擾、無閃爍、無水波紋。 （5）驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)： 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)分配和顯示掃描控制，掃描顯示單元是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，它將顯示數(shù)據(jù)按區(qū)域分配到顯示屏上，并完成顯示數(shù)據(jù)掃描。 ① 圖像格式轉(zhuǎn)換: 給定一個(gè)圖形文件,軟件自動(dòng)將其轉(zhuǎn)換成.bmp格式 ② 自動(dòng)匹配LED屏的像素 讀取DVI數(shù)據(jù)，采用信號(hào)包復(fù)用技術(shù)同步傳送顯示數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)，高效率的灰度分割算法，這里可以同時(shí)讀取到幀、行頻同步。主要由兩部分組成：采樣數(shù)據(jù)發(fā)送卡和現(xiàn)場分控器。通過大規(guī)模邏輯及其他組件，實(shí)時(shí)同步采集計(jì)算機(jī)輸出的顯示數(shù)據(jù)，通過高速緩存、格式轉(zhuǎn)換后，由大容量傳輸通道傳送到LED顯示屏現(xiàn)場，最終轉(zhuǎn)換成LED掃描控制信號(hào)，在LED顯示屏上實(shí)現(xiàn)高清晰的圖片、文本等節(jié)目內(nèi)容的顯示。 從電腦的DVI接口采集高清晰顯示數(shù)據(jù)，輸出差分信號(hào)。DVI接口高速輸出的顯示信號(hào)是串行灰度的數(shù)據(jù)，24位色數(shù)據(jù)，每個(gè)顏色的權(quán)值數(shù)據(jù)為8位，灰度等級(jí)為256級(jí)。LED顯示屏上的灰度實(shí)現(xiàn)，是通過控制每一個(gè)LED的點(diǎn)亮?xí)r間PWM來實(shí)現(xiàn)的，為了更高效的實(shí)現(xiàn)不同的灰度，屏幕每個(gè)權(quán)值獨(dú)立顯示的方式，即控制整個(gè)屏幕分別顯示1~8個(gè)權(quán)值的亮度。整個(gè)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換過程由，通過權(quán)值分離-緩存-分區(qū)提取-數(shù)據(jù)重整等一系列過程，最終得到LED顯示屏的掃描數(shù)據(jù)。 LED屏幕灰度按256級(jí)灰度計(jì)算，8位權(quán)值數(shù)據(jù)由高到低依次為D7，D6……DO。設(shè)置合適的輸出顯示屏的串行時(shí)鐘。提高并行輸出的RGB數(shù)據(jù)信號(hào)組，即可提高顯示屏面積并滿足實(shí)際高清顯示效果。對(duì)于不同的節(jié)目源、不同的顯示屏體，需要經(jīng)過不同數(shù)值的伽馬校正來獲得更符合人眼視覺的顯示效果，得到更清晰的圖像。 （二）短信控制原理： 由于GPRS屬于2. 5G，所以GPRS兼容GSM的所有業(yè)務(wù)，當(dāng)然也包括短信業(yè)務(wù)。所以本次設(shè)計(jì)首先運(yùn)用GPRS模塊通過短消息方式進(jìn)行無線信息傳送，并將其應(yīng)用到LED顯示系統(tǒng)上。 消息協(xié)議： 短消息協(xié)議是一個(gè)分層的協(xié)議結(jié)構(gòu)，包括短消息應(yīng)用層 (SM-AL, ShortMessage Application Layer)、短消息傳送層(SM一TL, Short Message Transport Layer)、短消息中繼層(SM-RL, Short Message Relay Layer)以及短消息鏈接層(SM-LL, Short Message Link Layer). SM-TL向SM-AL提供業(yè)務(wù)。這個(gè)業(yè)務(wù)使SM-AL能向它的對(duì)等短消息實(shí)體(SME,Short Messaging Entity)傳送和接收短消息,為了跟蹤消息和消息報(bào)告，傳送和接收短消息SM-TL向SM-AL提供業(yè)務(wù)。 這個(gè)業(yè)務(wù)使SM-AL能向它的對(duì)等短消息實(shí)體SM-AL, SM-TL間的原語包含了一個(gè)短消息標(biāo)志符。短消息標(biāo)志符不在實(shí)體間傳送，所以一條特定的消息在SC(業(yè)務(wù)中心，Service Center)和MS(移動(dòng)臺(tái)，Mobile Station)兩邊可能有不同的標(biāo)志符。 SM-RL向SM-TL提供業(yè)務(wù)。這個(gè)業(yè)務(wù)使SM-TL能向它的對(duì)等實(shí)體發(fā)送和接收轉(zhuǎn)移協(xié)議數(shù)據(jù)單元TPDU (Transfer Protocol Data Units)。為了跟蹤TPDU并報(bào)告 那些TPDU, SM-TL, SM-RL間的原語包含了一個(gè)短消息標(biāo)志符。短消息標(biāo)志符不在SM-RL協(xié)議被運(yùn)送，它通過SC和GMSC (SMS網(wǎng)關(guān)，Gateway MSC for SMS)之間的中繼層業(yè)務(wù)運(yùn)送，也被訪問MSC(移動(dòng)交換中心，Mobile Switching Center)和MS間的SM-RL業(yè)務(wù)運(yùn)送。 （三）GPRS/CDMA通信制式原理 ： GPRS/CDMA遠(yuǎn)程控制卡：可以脫離PC獨(dú)立運(yùn)行，可以保存顯示內(nèi)容，通過LED信息發(fā)布軟件向指定GPRS/CDMA控制卡發(fā)送信息，可設(shè)定信息發(fā)送時(shí)間，順序、顯示特效、顯示時(shí)長等。GPRS/CDMA遠(yuǎn)程控制卡支持前兩種控制卡的輸入方式，比起前兩種控制卡，功能更加強(qiáng)大，操作更加簡便，適用于多種對(duì)顯示要求精確時(shí)間的行業(yè)應(yīng)用。 （四）有線控制卡（串口通信）： 串口(有線)控制卡：使用時(shí)可以脫離PC獨(dú)立運(yùn)行，通過串口從PC下載保存顯示內(nèi)容，滾動(dòng)循環(huán)播放。更新內(nèi)容時(shí)使用此卡的LED屏需要與PC連接下載數(shù)據(jù)。 發(fā)送端原理： 使用時(shí)用戶只需將希望在LED屏幕上顯示的內(nèi)容在手機(jī)或電腦上按短信格式編輯好，然后像普通短信一樣發(fā)送給接收端模塊中的SIM卡所對(duì)應(yīng)的號(hào)碼。帶SIM卡的接收模塊接收到發(fā)來的短信后，首先檢查短信的發(fā)送者是否為合法用戶。若不是合法用戶，將丟棄該短信；若是合法用戶，則取出要顯示的內(nèi)容，并按要求的方式控制LED屏幕將信息顯示出來。同時(shí)，接收端可將LED屏幕的狀態(tài)數(shù)據(jù)以短信格式發(fā)送給合法用戶。如此，利用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了顯示內(nèi)容及狀態(tài)數(shù)據(jù)的雙向?qū)崟r(shí)傳輸。 接收端原理： 此種基于移動(dòng)數(shù)據(jù)的LED顯示屏幕系統(tǒng)由無線收發(fā)模塊、MCU(單片機(jī))、LED驅(qū)動(dòng)電路、LED顯示屏幕四部分組成。接收端通過GPRS/CDMA無線模塊收發(fā)移動(dòng)數(shù)據(jù)，并控制LED驅(qū)動(dòng)電路及顯示屏幕將需要顯示的內(nèi)容用適當(dāng)?shù)姆绞斤@示出來。GPRS/CDMA無線收發(fā)模塊使用需配一張市面上常見的普通SIM卡，負(fù)責(zé)接收合法用戶通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)過來的顯示內(nèi)容， 并將LED顯示屏的狀態(tài)數(shù)據(jù)通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)回傳給用戶。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：多通信模式發(fā)布LED顯示內(nèi)容。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1.多通信模式，用戶可自由選擇,適合大規(guī)模組網(wǎng)?？赏瑫r(shí)支持G網(wǎng)和C網(wǎng)運(yùn)行模式，既可用GPRS，也可用CDMA1X，這樣就不受個(gè)別環(huán)境下某種信號(hào)弱的影響；支持直接用手機(jī)短信修改；支持直接串口通信（有線通信）。 2.環(huán)保節(jié)能。顯示屏可根據(jù)不同光線環(huán)境自動(dòng)調(diào)整顯示亮度，降低功耗；開關(guān)屏可控，節(jié)約能源。 3.顯示圖形自動(dòng)處理技術(shù)。當(dāng)需要顯示一個(gè)全屏圖形時(shí)，無需進(jìn)行繁瑣的轉(zhuǎn)換和匹配，只需將圖形文件（圖片）的名稱輸入到我們自行開發(fā)的軟件中即可瞬間實(shí)現(xiàn)圖形顯示。其中間工作完全由軟件進(jìn)行處理，其中包括格式轉(zhuǎn)換、像素匹配處理、顏色分辨、驅(qū)動(dòng)緩存等一些列處理，但使用者則可以完全忽略這些過程。 關(guān)鍵技術(shù)： GPRS分組交換通信技術(shù)、CDMA碼分多址通信技術(shù)、GPRS短信模塊、C/S結(jié)構(gòu)或者B/S結(jié)構(gòu)系統(tǒng)軟件、單片機(jī)控制電路、圖像處理技術(shù)。 主要技術(shù)指標(biāo)： LED控制卡主要指標(biāo)： * 標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，滿足工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可用于惡劣工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境； * 支持雙頻GSM/GPRS 900M 1800M； * 內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，支持TCP協(xié)議； * 完全透明數(shù)據(jù)傳輸模式； * 永遠(yuǎn)在線; * 短信息的遠(yuǎn)程維護(hù)功能，可用短信息對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行遠(yuǎn)程復(fù)位； * 支持永遠(yuǎn)在線模式，斷線自動(dòng)重?fù)埽? * 獨(dú)立的數(shù)據(jù)端口和命令端口，可接受遠(yuǎn)程AT命令
科學(xué)性、先進(jìn)性
- GPRS/CDMA遠(yuǎn)程控制卡：可以脫離PC獨(dú)立運(yùn)行，可以保存顯示內(nèi)容，通過LED信息發(fā)布軟件向指定GPRS/CDMA控制卡發(fā)送信息，既可用GPRS，也可用CDMA1X，這樣就不受個(gè)別環(huán)境下某種信號(hào)弱的影響。GPRS/CDMA遠(yuǎn)程控制卡支持前兩種控制卡的輸入方式，比起串口控制卡，功能更加強(qiáng)大，操作更加簡便，適用于多種對(duì)顯示要求精確時(shí)間的行業(yè)應(yīng)用。特別是需要整體圖形顯示時(shí)，利用我們自行開發(fā)的軟件可以實(shí)現(xiàn)簡單快捷的顯示，而不需要繁瑣的人工轉(zhuǎn)換。 優(yōu)勢(shì)比較 組網(wǎng)規(guī)模：依靠GPRS網(wǎng)絡(luò)，采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，節(jié)點(diǎn)數(shù)量理論上可以趨于無限；傳統(tǒng)LED顯示屏的內(nèi)容由電腦通過串口數(shù)據(jù)線發(fā)送，顯示屏數(shù)量受到串口數(shù)量或總線負(fù)載能力的限制 。 傳輸距離 ：在全國范圍內(nèi)，只要GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方都可以使用，不受距離和位置的限制；傳統(tǒng)LED顯示屏傳輸距離受數(shù)據(jù)線長度限制，一般只有幾十米 。圖像處理：自動(dòng)將其轉(zhuǎn)換成.bmp格式，并且可自動(dòng)抽取或插值，以匹配LED屏的像素（包括顏色），快捷、方便。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
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作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
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作品可展示的形式
- 圖片，樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：可以脫離PC獨(dú)立運(yùn)行，可以保存顯示內(nèi)容，通過LED信息發(fā)布軟件向指定GPRS/CDMA控制卡發(fā)送信息，可設(shè)定信息發(fā)送時(shí)間，順序、顯示特效、顯示時(shí)長等。GPRS／CDMA遠(yuǎn)程控制卡支持前兩種控制卡的輸入方式，比起傳統(tǒng)控制卡， 功能更加強(qiáng)大，操作更加簡便，適用于多種對(duì)顯示要求精確時(shí)間的行業(yè)應(yīng)用。 適應(yīng)范圍及推廣前景： 1.數(shù)字城市應(yīng)用2.公交廣告應(yīng)用3.學(xué)校分布式信息傳輸應(yīng)用4．住宅小區(qū)智能化廣播通知應(yīng)用5.大型專業(yè)行業(yè)交易市場 市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 當(dāng)前市場上LED條屏雖琳瑯滿目，但是控制其字幕切換的GPRS LED卡的通信模式主要為串口通信（有線通信），而GPRS LED控制卡作為一款新興的產(chǎn)品，是將傳統(tǒng)的LED控制卡和GPRS數(shù)據(jù)通信終端合而為一，不受距離和時(shí)間的限制，為LED條屏的發(fā)展，開辟了一條新領(lǐng)域。
同類課題研究水平概述
- 目前，LED顯示屏作為新一代的信息傳播媒體，已經(jīng)成為城市信息現(xiàn)代化建設(shè)的標(biāo)志。但在LED顯示屏信息的傳送方式上，現(xiàn)在的有線數(shù)據(jù)傳送已經(jīng)不能滿足技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的要求：現(xiàn)在大多數(shù)的高速公路、機(jī)場、碼頭、廣場、大廈上的大型LED顯示屏，都帶有長長的電纜或光纜，這不僅增加了費(fèi)用，而且容易在通信上造成故障。為此，去掉電纜，采用無線信息傳送已成為新的發(fā)展方向。 雖然近幾年市場上有了基于GPRS通信的LED控制卡。具有代表性的是深圳科德瑞光電公司（在此附上其網(wǎng)址）研制的車載GPRS控制模塊。而且在武漢地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)了基本滿足遠(yuǎn)距離通信的GPRS通信模塊，但是其無法確保在移動(dòng)信號(hào)弱的個(gè)別條件下進(jìn)行通信，受制與信號(hào)的影響。為此，尋求一種操作方便，價(jià)格低，通信質(zhì)量高的無線技術(shù)，是未來幾年的發(fā)展趨勢(shì)。 而為解決這個(gè)問題，我們創(chuàng)造性的將LED卡改裝成可同時(shí)支持G網(wǎng)和C網(wǎng)運(yùn)行模式，既可用GPRS，也可用CDMA1X，這樣就不受個(gè)別環(huán)境下某種信號(hào)弱的影響，除此之外，該產(chǎn)品還支持上位機(jī)通過GPRS模塊或CDMA模塊對(duì)顯示內(nèi)容進(jìn)行修改，也支持直接用手機(jī)短信修改，用戶只要完成了GPRS/CDMA模塊和顯示屏系統(tǒng)的單片機(jī)的短消息無線通信的測(cè)試，就可以成功的將數(shù)據(jù)無線傳送在LED顯示屏上，這樣不但更改LED顯示信息很方便，而且提高了LED顯示屏的市場競爭力。 目前同類產(chǎn)品在圖形顯示時(shí)仍需要進(jìn)行全部（或者部分的）人工轉(zhuǎn)換及像素匹配，工作量較大、效率偏低。
