基本信息
- 項目名稱：
- 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，與無線運營商的先進技術(shù)相結(jié)合，融入了自身的創(chuàng)新性思維，實現(xiàn)了多模式通信，提高了系統(tǒng)運行的可靠性。特別是圖形處理和現(xiàn)實技術(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)存儲器(ROM)、內(nèi)碼點陣存儲器和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)碼點陣存儲器里調(diào)出相應的內(nèi)碼點陣，最后把點陣數(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)處理器的校驗后，將信息存儲到數(shù)據(jù)存儲器。 (一)圖文顯示原理： 由全彩LED顯示屏、主控計算機以及相應的接口控制系統(tǒng)、接受分區(qū)系統(tǒng)、控制驅(qū)動系統(tǒng)、電源（顯示點亮）系統(tǒng)等各部分組成；通過對系統(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）主控計算機部分以及相應的接口控制系統(tǒng) 此部分的主控計算機主要控制其對應的顯示屏的顯示效果。它可以自動運行一個不斷循環(huán)的程序，也可以根據(jù)給定的節(jié)目單去服務器上取得相關(guān)的顯示數(shù)據(jù)進行顯示。顯示屏幕上的像素和主控計算機的顯示器上的相應區(qū)域上像素一一對應，實現(xiàn)實時同步顯示。通過主控計算機可以手動調(diào)節(jié)LED顯示屏的白平衡、亮度、對比度、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、藍各1024級灰度。 ?、自動或手動無級亮度、對比度調(diào)節(jié)。 ?、圖像降噪處理，保證圖像更加干凈和平滑。 ?、圖像增強技術(shù)，圖像邊緣增強技術(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) 基本原理是實現(xiàn)接收存儲數(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，實現(xiàn)顯示屏數(shù)據(jù)的逐點、逐級寄存和顯示。這一原理的優(yōu)點是屏幕顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠、不易受干擾、無閃爍、無水波紋。 （5）驅(qū)動控制系統(tǒng)： 驅(qū)動控制系統(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，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: 給定一個圖形文件,軟件自動將其轉(zhuǎn)換成.bmp格式 ② 自動匹配LED屏的像素 讀取DVI數(shù)據(jù)，采用信號包復用技術(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，實時同步采集計算機輸出的顯示數(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，在LED顯示屏上實現(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。DVI接口高速輸出的顯示信號是串行灰度的數(shù)據(jù)，24位色數(shù)據(jù)，每個顏色的權(quán)值數(shù)據(jù)為8位，灰度等級為256級。LED顯示屏上的灰度實現(xiàn)，是通過控制每一個LED的點亮時間PWM來實現(xiàn)的，為了更高效的實現(xiàn)不同的灰度，屏幕每個權(quán)值獨立顯示的方式，即控制整個屏幕分別顯示1~8個權(quán)值的亮度。整個數(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級灰度計算，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鐘。提高并行輸出的RGB數(shù)據(jù)信號組，即可提高顯示屏面積并滿足實際高清顯示效果。對于不同的節(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，當然也包括短信業(yè)務。所以本次設(shè)計首先運用GPRS模塊通過短消息方式進行無線信息傳送，并將其應用到LED顯示系統(tǒng)上。 消息協(xié)議： 短消息協(xié)議是一個分層的協(xié)議結(jié)構(gòu)，包括短消息應用層 (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。這個業(yè)務使SM-AL能向它的對等短消息實體(SME,Short Messaging Entity)傳送和接收短消息,為了跟蹤消息和消息報告，傳送和接收短消息SM-TL向SM-AL提供業(yè)務。 這個業(yè)務使SM-AL能向它的對等短消息實體SM-AL, SM-TL間的原語包含了一個短消息標志符。短消息標志符不在實體間傳送，所以一條特定的消息在SC(業(yè)務中心，Service Center)和MS(移動臺，Mobile Station)兩邊可能有不同的標志符。 SM-RL向SM-TL提供業(yè)務。這個業(yè)務使SM-TL能向它的對等實體發(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并報告 那些TPDU, SM-TL, SM-RL間的原語包含了一個短消息標志符。短消息標志符不在SM-RL協(xié)議被運送，它通過SC和GMSC (SMS網(wǎng)關(guān)，Gateway MSC for SMS)之間的中繼層業(yè)務運送，也被訪問MSC(移動交換中心，Mobile Switching Center)和MS間的SM-RL業(yè)務運送。 （三）GPRS/CDMA通信制式原理 ： GPRS/CDMA遠程控制卡：可以脫離PC獨立運行，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)送時間，順序、顯示特效、顯示時長等。GPRS/CDMA遠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，功能更加強大，操作更加簡便，適用于多種對顯示要求精確時間的行業(yè)應用。 （四）有線控制卡（串口通信）： 串口(有線)控制卡：使用時可以脫離PC獨立運行，通過串口從PC下載保存顯示內(nèi)容，滾動循環(huán)播放。更新內(nèi)容時使用此卡的LED屏需要與PC連接下載數(shù)據(jù)。 發(fā)送端原理： 使用時用戶只需將希望在LED屏幕上顯示的內(nèi)容在手機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卡所對應的號碼。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，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，利用移動通信網(wǎng)絡實現(xiàn)了顯示內(nèi)容及狀態(tài)數(shù)據(jù)的雙向?qū)崟r傳輸。 接收端原理： 此種基于移動數(shù)據(jù)的LED顯示屏幕系統(tǒng)由無線收發(fā)模塊、MCU(單片機)、LED驅(qū)動電路、LED顯示屏幕四部分組成。接收端通過GPRS/CDMA無線模塊收發(fā)移動數(shù)據(jù)，并控制LED驅(qū)動電路及顯示屏幕將需要顯示的內(nèi)容用適當?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，負責接收合法用戶通過移動網(wǎng)絡發(fā)過來的顯示內(nèi)容， 并將LED顯示屏的狀態(tài)數(shù)據(jù)通過移動網(wǎng)絡回傳給用戶。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目的：多通信模式發(fā)布LED顯示內(nèi)容。 創(chuàng)新點： 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支持G網(wǎng)和C網(wǎng)運行模式，既可用GPRS，也可用CDMA1X，這樣就不受個別環(huán)境下某種信號弱的影響；支持直接用手機短信修改；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.顯示圖形自動處理技術(shù)。當需要顯示一個全屏圖形時，無需進行繁瑣的轉(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現(xiàn)圖形顯示。其中間工作完全由軟件進行處理，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、單片機控制電路、圖像處理技術(shù)。 主要技術(shù)指標： LED控制卡主要指標： * 標準工業(yè)級產(chǎn)品，滿足工業(yè)標準，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； * 永遠在線; * 短信息的遠程維護功能，可用短信息對產(chǎn)品進行遠程復位； * 支持永遠在線模式，斷線自動重撥； * 獨立的數(shù)據(jù)端口和命令端口，可接受遠程AT命令
科學性、先進性
- GPRS/CDMA遠程控制卡：可以脫離PC獨立運行，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，這樣就不受個別環(huán)境下某種信號弱的影響。GPRS/CDMA遠程控制卡支持前兩種控制卡的輸入方式，比起串口控制卡，功能更加強大，操作更加簡便，適用于多種對顯示要求精確時間的行業(yè)應用。特別是需要整體圖形顯示時，利用我們自行開發(fā)的軟件可以實現(xiàn)簡單快捷的顯示，而不需要繁瑣的人工轉(zhuǎn)換。 優(yōu)勢比較 組網(wǎng)規(guī)模：依靠GPRS網(wǎng)絡，采用TCP/IP網(wǎng)絡傳輸協(xié)議，節(jié)點數(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)量或總線負載能力的限制 。 傳輸距離 ：在全國范圍內(nèi)，只要GPRS網(wǎng)絡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：自動將其轉(zhuǎn)換成.bmp格式，并且可自動抽取或插值，以匹配LED屏的像素（包括顏色），快捷、方便。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
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作品所處階段
- 實驗室階段
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)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 技術(shù)特點和優(yōu)勢：可以脫離PC獨立運行，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)送時間，順序、顯示特效、顯示時長等。GPRS／CDMA遠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， 功能更加強大，操作更加簡便，適用于多種對顯示要求精確時間的行業(yè)應用。 適應范圍及推廣前景： 1.數(shù)字城市應用2.公交廣告應用3.學校分布式信息傳輸應用4．住宅小區(qū)智能化廣播通知應用5.大型專業(yè)行業(yè)交易市場 市場分析和經(jīng)濟效益預測： 當前市場上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)濟上的要求：現(xiàn)在大多數(shù)的高速公路、機場、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)了基本滿足遠距離通信的GPRS通信模塊，但是其無法確保在移動信號弱的個別條件下進行通信，受制與信號的影響。為此，尋求一種操作方便，價格低，通信質(zhì)量高的無線技術(shù)，是未來幾年的發(fā)展趨勢。 而為解決這個問題，我們創(chuàng)造性的將LED卡改裝成可同時支持G網(wǎng)和C網(wǎng)運行模式，既可用GPRS，也可用CDMA1X，這樣就不受個別環(huán)境下某種信號弱的影響，除此之外，該產(chǎn)品還支持上位機通過GPRS模塊或CDMA模塊對顯示內(nèi)容進行修改，也支持直接用手機短信修改，用戶只要完成了GPRS/CDMA模塊和顯示屏系統(tǒng)的單片機的短消息無線通信的測試，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)品在圖形顯示時仍需要進行全部（或者部分的）人工轉(zhuǎn)換及像素匹配，工作量較大、效率偏低。
