LED顯示屏控制系統

LED顯示屏控制系統（LED Display Control System），是按照用戶需求控制LED大螢幕正確顯示的系統，按照聯網方式分為聯網版和單機版兩大類。聯網版又稱為LED信息發布控制系統，可以通過雲端系統控制各個LED終端。單機版又稱LED顯示屏控制器、LED顯示屏控制卡，它是組成LED顯示屏的核心部件、主要負責將外部的視頻輸入信號或者板載的多媒體檔案轉換成LED大螢幕易於識別的數位訊號，從而點亮LED大螢幕的設備，其類似於家用PC中的顯示卡，區別在於PC中顯示器為CRT/LCD等，本系統中顯示器則為LED大螢幕。按照接入信號方式則可分為同步系統和異步系統。

基本介紹

• 中文名：LED顯示屏控制系統
• 外文名：LED Display Control System
• 分類：聯網、單機；同步、異步
• 作用：是組成LED顯示屏的核心部件

系統分類

一、按照顯示的方式把LED顯示屏系統分為三類

圖文顯示屏系統

一般只是把顯示圖形、文字的LED顯示屏稱為圖文屏。圖文屏的主要特徵是LED點陣中各發光器件只有亮或滅,而強弱不能控制,也就是說此類屏沒有灰度等級控制。

圖像顯示屏系統

圖像顯示屏是相對於圖形顯示屏而言的,是指那些具有灰度等級的顯示屏,它所顯示的畫面更生動逼真,圖像屏的主要特徵是利用有限的灰度等級和顏色調製顯示出顏色和灰度要求不高的圖像。

視頻顯示屏系統

基於的撇示屏控制系統的研究能夠接收視頻信號並顯示運動的、清晰的、全彩色圖像的LED顯示屏就稱為視頻顯示屏。

二、按照控制方式,我們把顯示屏系統分為兩類

通信顯示屏系統

通信顯示屏是一種異步顯示屏,異步方式是指LED屏體本身就具有存儲及自動播放的能力,在PC機上編輯好的文字及無灰度圖片等顯示信息或者是漢字的區位碼、圖片號等和各種控制命令通過串口或其他網路接口傳入LED屏控制器,調用預先存放在控制器的各種數據信息,按照要求把接收的指令處理成顯示屏需要的點陣數據,發布到顯示屏上。此類屏一般沒有多級灰度顯示能力,主要用於顯示文字和簡單的圖形信息,可以多屏聯網。這一方式必須需要一個帶CPU的控制器對信息進行處理。

實時映射屏系統

實時映射屏是一種同步顯示屏,基本功能是實現LED顯示屏實時映射計算機螢幕內容,包括在多媒體卡的支持下顯示Video視頻圖像。把數據從主機顯示卡的特徵口或視霸卡上把顯示卡處理好的要顯示數據取出來,然後對這些數據做一定的處理送到LED顯示屏。這種方式可以不用帶CPU的控制器,甚至只需要做出一塊硬體卡就可以實現。

256級灰度LED顯示系統能使LED顯示屏完成與計算機同步顯示,並使之達到高性能顯示效果。256級灰度LED顯示控制由多媒體卡、視頻控制器、長線驅動,接收卡及顯示單元構成。視頻控制器從多媒體卡的標準顯示接口獲取數位化的顯示信號,將其轉換為顯示屏所需的信號格式,它還可以從計算機的標準接口獲得控制信號,用戶通過計算機軟體完成LED顯示屏的控制調節,並使得顯示屏能適應不同規格多媒體卡,具有高度的兼容性。

三、從通信的方式上分類

有線通信方式

利用電纜、光纖等有形物理介質作為媒介的通信方式。就目前套用來說一般都是通過專用的通道進行數據傳輸,這種方式費用較高,相信將來基於公共網的有線通信將會得到更廣泛的套用。利用Interent進行數據傳輸也是本系統使用的主要方式之一。

無線通信方式

在通信距離範圍內的LED屏控制器和監控中心之間通過無線電波把信息從監控中心送出的方式。這種方式節省系統投資,縮短建設周期,減少了系統被盜的可能性。這種通信的方式有類似於手機短訊息的形式利用GSM、GPRS或者CDMA網路進行傳輸,也有利用廣播塔,使用FM或者AM方式進行信號的發射和接收。

異步控制

隨身碟LED控制卡

LED顯示屏異步控制系統又稱LED顯示屏脫機控制系統或脫機卡。主要用來顯示各種文字、符號和圖形或動畫為主。畫面顯示信息由計算機編輯，經RS232/485串列口預先置入LED顯示屏的幀存儲器，然後逐屏顯示播放，循環往復，顯示方式豐富多彩，變化多樣。其主要特點是：操作簡單、價格低廉、使用範圍較廣。LED顯示屏簡易異步控制系統只可以顯示數字時鐘、文字、特殊字元。LED顯示屏圖文異步控制系統除具有簡易控制系統的功能外，最大的特點是可以分區域控制顯示螢幕內容。支持模擬時鐘顯示、倒計時、圖片、表格及動畫顯示。具有定時開關機、溫度控制、濕度控制等功能

同步控制

LED顯示屏同步控制系統，主要用來實時顯示視頻、圖文、通知等。主要用於室內或戶外全彩大螢幕顯示屏。 LED顯示屏同步控制系統控制LED顯示屏的工作方式基本等同於電腦的監視器，它以至少60幀/秒更新速率點點對應地實時映射電腦監視器上的圖像,通常具有多灰度的顏色顯示能力，可達到多媒體的宣傳廣告效果。其主要特點是：實時性、表現力豐富、操作較為複雜、價格高。一套LED顯示屏同步控制系統一般由傳送卡、接收卡、和DVI顯示卡組成。

控制卡分類

顯示屏上的控制卡種類很多,生產控制卡的公司也很多

簡單說分為 : 全彩同步卡 異步脫機卡 全彩視頻脫機卡

隨著近2年LED顯示屏的飛速發展，LED控制卡的市場也變的更加廣闊，尤其是09年剛剛新起的隨身碟LED控制卡目前使用的最多，可用串口連線電腦，也可用隨身碟傳遞信息，省電腦、免布線、支持模擬時鐘、流水框線，隨身碟LED控制卡可省電腦、省布線。

C型卡

（分區卡）（隨身碟和串口雙通訊功能）

1、支持4掃、8掃、16掃的各種戶內、戶外、半戶外單雙色顯示板，一卡多能任意設定。

2、支持流水框線和模擬時鐘功能，更加突出顯示屏內容。

3、 最大可控範圍單色114688點，雙色點數減半，同時內置4個08接口和4個12接口，可擴展到8個接口。

4、顯示功能：支持文字、圖片、動畫、EXCEL表格、時間、溫度、倒（正）計時等。

5、可用於製作門頭屏、海報屏、車載屏和其它種各種型號的屏。

6、設定鎖屏功能，內置4組定時開關機時段，可任意設定使用。

7、具有串口通訊和隨身碟錄入信息雙重功能。

LED控制卡

8、支持一個隨身碟管理多塊顯示屏功能，方便多屏集中管理。

E型卡

（時間分區）（隨身碟和串口雙通訊功能）

1、 支持4掃、8掃、16掃，支持各種戶內、戶外、半戶外單雙色顯示板，一卡多能任意設定。

2、最大可控範圍單色40960點，雙色點數減半，內置3個08接口和3個12接口，可擴展到8個接口。

3、顯示功能：文字、圖片、動畫、時間、溫度、倒（正）計時等。

4、可用於製作門頭屏、海報屏、車載屏和其它種各種型號的屏。

5、設定鎖屏功能，內置4組定時開關機時段，可任意設定使用。

6、具有串口通訊和隨身碟錄入信息雙重功能。

7、 支持一個隨身碟管理多塊顯示屏功能，方便多屏集中管理。

G型卡

（串口通訊功能）

1、 同上支持4掃、8掃、16掃的各種戶內、戶外、半戶外單雙色顯示板，一卡多能任意設定。

2、 支持流水框線和模擬時鐘功能，更加突出顯示屏內容。

3、 同上最大可控範圍單色114688點，雙色點數減半，內置4個08接口和4個12接口，可擴展到8個接口。

4、 顯示功能：文字、圖片、動畫、EXCEL表格、時間、溫度、倒（正）計時等。5、可用於製作門頭屏、海報屏、車載屏和其它種各種型號的屏。

LED控制卡接法示意圖

6、 設定鎖屏功能，內置4組定時開關機時段，可任意設定使用。

7、具有串口通訊功能。

F型卡

（時間分區）（串口通訊功能）

1、 支持4掃、8掃、16掃的各種戶內、戶外、半戶外單雙色顯示板，一卡多能任意設定。

2、 最大可控範圍單色40960點，雙色點數減半，並且內置3個08接口和3個12接口，可擴展到8個接口。

3、 顯示功能：文字、圖片、動畫、時間、溫度、倒（正）計時等。

4、 可用於製作門頭屏、海報屏、車載屏和其它種各種型號的屏。

5、 設定鎖屏功能，內置4組定時開關機時段，可任意設定使用。

6、 具有串口通訊功能。

根據不同需要，可以使用串口連線電腦，也可以使用隨身碟傳遞信息。使用隨身碟控制卡可省電腦、省布 線，可控十萬點，一卡通。

控制系統

陣列式控制系統，LED全彩顯示屏控制系統

“陣列式”控制系統由一塊主控板、若干塊副控板和安裝在顯示屏箱體內的若干個掃描板組成，相當於每個箱體中採用了一套控制系統進行控制，採用這種結構充分提高了顯示屏的可靠性和顯示的效果,在效果上提升的更加明顯，很好解決了高檔LED顯示屏播放視頻時換幀頻率不高、灰度等級不足、色彩均勻性不好等問題。經科技局組織的專家委員會鑑定，該技術已經達到了國內領先、國際同類產品的水平。

此代控制系統的誕生又提高了元亨光電在屏體控制方面的技術優勢，並使顯示信號的處理技術得到進一步的改進。

採用了“陣列式”控制系統之後，首先，可以將顯示屏的換幀頻率由60Hz左右提高到120Hz以上，遠遠大於人的眼睛分辨能力，使人在觀看時無任何頻閃和水波紋現象出現，提高了顯示的質量。

其次，可以將顯示屏紅、綠、藍三基色的灰度級別從256級提高到1024級，使顏色更加鮮艷，色彩還原性更好，顯示的圖像更真實。

最後，採用LDVS信號進行傳送，最大化地避免了信號的損失，使整個顯示屏顯示內容同步，提高了顯示屏的一致性，整個顯示屏無任何色差色塊出現

採用技術

節能降耗

由於採用了陣列式控制系統，故能夠有效降低控制系統用於產生灰度造成的顯示屏亮度的損耗，據比較測算，傳統的“集中式控制系統”的系統損耗在30%～40%之間，“陣列式控制系統”的系統損耗在8%～10%之間，控制系統損耗的降低，有利於提高顯示屏的亮度，或者在同樣的亮度條件要求下，降低顯示屏的電流，從而達到節能降耗的效果。

集中式控制系統，由於控制範圍大，為了保持一定的刷新率，不得不採用降低掃描次數，減低亮度來形成灰度；由於陣列式控制系統控制範圍小，可以大幅提高掃描次數，亮度損失隨之變小。陣列式系統的掃描次數，可以達到136場以上，而集中式最多能達到42場。

根據亮度損耗原理，計算表格比較如下：

一塊200平方米的3906點/平方米規格的戶外全彩色顯示屏，如採用20mA的驅動電流，理論最大亮度可以達到15000cd/m2，如果要達到6000cd/m2的最大實際亮度，採用“集中式控制系統”，按照30%的系統損耗，則顯示屏驅動電流為11.4mA/像素點，供電最大電流為607A；如果採用“陣列式控制系統”，達到6000cd/ m2的最大實際亮度，按照10%的系統損耗，則顯示屏驅動電流為8.89mA/像素點，最大電流為474A，節能幅度達到21.9%。

按照平均功耗是最大功耗的40%計算，每天按照10小時使用時間，每年300天計算，採用“集中式控制系統”每年耗電量為160248度。採用“陣列式控制系統”每年耗電量為125136度，節約開支約35112元/年(按每度電1.0元計算)

單點檢測

為提高屏體可靠性，增加維護的便捷性，元亨光電特研發出顯示屏單點檢測技術。通常LED顯示屏出廠前對LED像素的檢測是通過目測（即人眼觀看其是否按調試程式發光），在長時間觀看LED像素時，難免有一定視覺疲勞，漏判或誤判，其工作效率也不高。使用屏體單點檢測功能，只需運行相應程式，即可判斷出像素的工作狀態，從而進行修復，大大提高了屏體的可靠性。同時,隨著LED顯示技術的不斷發展，超大型LED屏湧現市場。此類屏體一般安裝位置較高，觀看距離較遠，為顯示屏的檢測工作帶來不便。對每個像素點的判斷往往只能根據人為判斷，在運用單點檢測功能後，維護人員可方便的查找出故障點的坐標，快捷更換。

亮度與色度校正

LED顯示屏亮度色度均勻性問題一直以來是困擾業內人士的一大難題，一般認為LED的亮度不均勻可以進行單點校正，來改善亮度均勻性，而色度不均勻是無法進行校正的，只能通過對LED色坐標進行細分和篩選來改善。

隨著人們對LED顯示屏的要求越來越高，只對LED色坐標進行細分和篩選已無法滿足人們挑剔的目光，對顯示屏進行綜合校正處理，使色度均勻性得到改善是可實現的。首先，由於LED自身的不同導致在一定水平上的亮度和色度是不一致的（例如：使用同樣的電流點亮同一生產批次的兩個綠色LED，亮度可能會有30%的變化，波長可能會有10-15nm的變化）。其次，使用一段時間以後藍色LED變暗程度最大，紅色最小，但是最大的問題是一段時間以後LED變暗程度不同。因此，即使LED屏在工廠內是一致性非常完美的，但隨著LED的變暗，一致性也會喪失，在不停使用三年以後LED屏的不一致性將會被顯著的發現。為此，使用世界先進的單色亮度與色度校正技術（也稱之為：亮度與色度簽名技術），用以解決由於不同顏色發光二極體衰減不一致帶來的顯色顏色不一致問題。

逐點校正系統是一套綜合的能夠為LED顯示屏上每一個像素進行測量和校正的軟、硬體系統，這一系統能為整個屏的每一個像素校正亮度和色度，使其達到一致的表現特性。

技術發展狀況

LED顯示屏後端控制原來使用常規的控制電路。隨著控制技術的不斷完善和控制晶片的套用,普遍採用LED專用積體電路,它可根據LED顯示的特點,對灰度及每個像素進行控制及調節,這就使得顯示亮度和色彩效果都有了較大的提高、由於技術水平和造價等方面的原因,LED控制晶片產品主要掌握在國外手中,如Maxim、Agilent、東芝等。與此同時,中國國內也有一些廠家研製並生產LED顯示屏控制電路,如北京利亞德、鄭州中顯等,但由於性能因素,推廣使用尚有待時日。

實際上對於LED顯示屏控制系統來說,控制器的研究是核心問題。顯示屏技術的發展給提供了更好的顯示效果,人們越來越喜歡這種信息的發布方式,因為它大大促進了人們的生活便利,這就反過來促進了控制器的發展。顯示的內容越來越豐富,促使著控制器向著性能更高、更靈活的方向邁進。

除了LED顯示技術本身的發展,隨著網路技術的不斷進步和實際套用的需求,網路型、智慧型型LED控制技術也出現了新的發展勢頭,這就對傳統的一台微機控制一個或多個LED顯示屏提出了新的挑戰。由於LED顯示屏控制技術與網路技術原來是彼此獨立的,現在要把二者結合起來，實現LED顯示屏的網路集群控制,開發出符合網路系統協定與規範的相關的軟、硬體，這在今後還要有比較長的一段路要走。

對於LED顯示屏控制器來說,也經過了幾個階段位：8位微控制器-16位微控制-DSP方式-32位微處理器-FPGA的方式。

LED顯示屏控制系統的核心是屏體的顯示控制器,廣泛採用的是單片機+DPS、工控機或嵌入式工控機以及單片機+大規模可程式器件。對FPGA方式的研究開發,將會給顯示屏控制器帶來更多的發展活力,因為此方式在其內部可以構造微處理器,並能把更多的片外設備集成到片內。

發展趨勢

採用光端機和光纖作為通信的媒介,比起電纜連線需增加的防雷措施和電纜不可靠帶來的維護工作,還是更有利一些。

基於網路的傳輸特性,可方便地對單個LED顯示屏控制器進行遠程管理、維護、升級。功能也更豐富,實用,安全性也更高。而串口模式成本會高,況且一個通信伺服器出故障後所有對應的LED控制器就都不能運行。

硬體採用可程式的嵌入式平台,以保證其穩定性和靈活性。利用硬體描述語言,構造出需要的32位的CPU,這既保證了性能,也為以後的套用提供了靈活性。主頻至少33M甚至66M以上。另外,設備記憶體和非易失存儲器空間也應足夠大(8-16M以上)。而一些單片機雖也可實現部分的網路功能,但由於速度慢,性能較差。

軟體平台具備網路能力,需要支持TCP/IP協定無線通信能力,支持GPRS、GSM、CDMA或者FM等協定。一般都會採用作業系統,常用的作業系統包括VxWorks、uC/Osll、Linux 、WinCe等。

控制設備具有網管系統和支持WEB服務,操作員使用瀏覽器可以遠程監測和控制,進行維護和故障診斷。在通信出現故障時,維護人員在現場可以用筆記本電腦,使用網口、串口進行數據提取和診斷。