引言
LED 广告牌是一种面向公众的信息显示终端，有着非常广泛的民用和商用价值。而现在大多数LED广告牌显示的信息都是事先固化在系统中的，这失去了信息的实时性，特别不方便用户更换显示内容；少数LED广告牌采用与微机直接相连，用微机来传送信息，这种系统解决了信息刷新问题，但由于有线连接，制约了系统放置的随意性，特别是对于面向多地区多客户的广告公司来说，给系统的实时更新和维护带来了许多不便。
本文提出了通过手持发射机遥控LED广告牌的新方案，实现了对广告牌内容及显示方式的灵活改变，使用非常方便。该方案以PC机为上位机，发射机和接收机均以单片机为核心，具有较高的性能价格比。
1 系统方案
1.1 无线遥控方式
要想达到遥控的目的，就必须通过无线传输将需要显示的信息和控制命令传送到显示终端LED屏上。
常用的无线传输方式有：声波（超声波），光波（红外线）和电波。考虑到电波传输具有以下优点：
1）传输距离比另两者远得多；
2）可用的元器件种类丰富，性能也很好，价格便宜；
3）技术更为成熟。
因此，本系统采用电波传输。即信息在手持发射机和接收机之间，靠无线电波传送。
高频无线发射及接收模块的性能直接影响到遥控距离与通信质量，经过多方调查论证，本系统采用一体化发射、接收模块。它的主要优点是频率一致性好，免调试。
1.2 数据编码方式
信源的编码和译码在无线通信中是至关重要的，它可以提高信号传输的可靠性和有效性。
本系统中要传输的信号是图像的点阵数据，其特点是数据量大。传输和接收数据的好坏，直接关系到显示终端上显示信息的正确与否。广告牌是置于户外的，其干扰源很多。所以，在本系统的设计中，编码、解码的可靠性和抗干扰性是设计成败的关键。
本系统从无线通信理论入手，对编码解码技术及其对系统的影响做了深入的研究，经反复比较，最后选用适合本系统的编码解码专用芯片。该模块还利用码分多址技术进行数据编码解码，最多可提供531 441（312）个地址码，可以彻底消除任何码址冲突和非授权编码数据的干扰。
1.3 图像点阵抽取和移动算法
图像点阵的抽取是利用算法计算出在图像源数据库中的偏移地址，从而取出相应的点阵数据，生成新的显示数据。抽取算法的正确与否直接关系到显示图像的正确性。
而图像移动则是利用算法计算出下一帧数据在显示点阵数据库中应叠加的偏移地址。移动算法的正确与否直接关系到动态图像或者文字与背景的同步性和现场效果，特别是对于彩色显示屏尤为重要。
1.4 系统框图
整个系统由三个相对独立的子系统组成，即上位机、手持发射机、接收机和显示屏系统。其结构框图如图1所示。
上位机的任务是完成显示信息的录入和编辑，再经过点阵抽取和移动算法将显示信息转换为LED显示屏对应的点阵数据，并通过PC机的串行口将点阵数据转存到手持发射机中。
手持发射机的作用是将上位机传来的点阵数据和面板键盘上接收到的命令经编码、调制后，以码分多址通信方式转发给户外的用户群，并可现场设置和调试显示屏的显示格式。
接收机将接收到的高频信号经放大整形、解调译码后，再并行输出给单片机，由单片机对接收数据进行识别、转存，实时改变显示方式和显示内容，并驱动LED显示屏。
2 硬件配置
系统硬件主要有三大部分，即上位机、手持发射机、接收机和显示模块。
上位机的任务是完成显示信息的录入和编辑，再经过点阵抽取和移动算法将显示信息转换为LED显示屏对应的点阵数据，并通过PC机的串行口将点阵数据转存到手持发射机中。
手持发射机的作用是将上位机传来的点阵数据和面板键盘上接收到的命令经编码、调制后，以码分多址通信方式转发给户外的用户群，并可现场设置和调试显示屏的显示格式。
接收机将接收到的高频信号经放大整形、解调译码后，再并行输出给单片机，由单片机对接收数据进行识别、转存，实时改变显示方式和显示内容，并驱动LED显示屏。
2 硬件配置
系统硬件主要有三大部分，即上位机、手持发射机、接收机和显示模块。
2.2 手持发射机
发射机由单片机、键盘、编码器、发射器、串行通信接口和UPS供电系统组成，其结构框图如图3所示。
单片机的作用是将PC机传来的图像点阵或自身EPROM中的图像点阵暂存在发射缓冲区RAM中，再根据键盘的命令串行发送至编码器。单片机选用的是ATMEL公司的89S52，该芯片运算速度较快，性能稳定，且价格便宜。
键盘用于设定图像移动速度、显示模式和发射的通信协议。
编码器是本系统的关键部件之一，决定了通信的可靠性。它的功能是接收单片机的数据，按设定的格式进行编码，再串行输出到发射器。经过比较，我们选用了码分多址串行编码专用芯片。该芯片
的主要特点有CMOS技术，低功耗，非常高的噪声免疫性（多帧同步），最多12位3态地址引脚(最多可提供312个地址码)，最多6位数据引脚，大范围的工作电压，单电阻振荡器，输出形式可设为锁存或瞬态。
发射器的作用是将编码后的数字信号调制到高频载波上，再经功率放大后发射出去，它决定了手持发射机的无线遥控距离。本系统选用了调制、驱动和发射一体化模块。该模块采用声表谐振器稳频，SMT树脂封装，频率一致性较好，免调试，特别适合多发多收无线遥控及数据传输系统。而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。
采用UPS供电是为了保证手持发射机在户外工作时，发射缓冲区RAM中的数据不丢失。因为，发射缓冲区需要暂存的图像点阵数据量很大，若采用超大容量的非易失性存储器，如E2PROM， FLASH及FRAM等，不仅成本高，而且采购困难，所以系统选用了普通RAM作为缓冲寄存器。
2.3 接收机和显示模块
接收机和显示模块由接收器、译码器、单片机、显示驱动、LED屏及供电系统组成，
接收器将接收到的高频信号经放大整形后解调出数字编码信号。我们选用了与发射模块相对应的接收解调一体化模块。该系列模块采用超外差、二次变频技术，并将所有的射频接收、混频、滤波、数据解调、放大整形电路全部集成在模块内，功能高度集成化，免去射频频率调试及超再生接收电路的不稳定性，具有可靠性高、频率稳定、接收频率免调试等特点。
译码器将数字编码信号译码，再并行输出给单片机。我们选用的是与编码相对应的码分多址串行解码专用芯片。
单片机负责接收数据的识别、保存、显示方式转换。单片机选用了ATMEL公司的89S52，通用性好，性价比高。
显示模块用于显示广告信息。该模块包括LED显示屏和显示驱动板，自带显示缓冲区，并以动态扫描方式驱动LED显示屏，具有功耗低、亮度大等特点。
接收显示系统的供电电源没有特殊要求，但要留有相当裕量并注意通风散热，因为，很多LED广告牌引起的火灾都是由于供电系统造成的。
3.1上位机主控程序
上位机主控程序实际上包括显示信息生成程序、显示点阵转换程序和串口通信程序，是三大主控程序中结构最复杂的一部分。
显示信息生成程序完成显示图像和文字的录入、编辑及动画效果设计。该程序首先采用DOS平台下的主控程序与底层通信软件结合，通过串行及并行通信口完成用户对源文件、INTERNET接口及其他输入设备的多参数录入。在此基础上用Visual C＋＋语言设计了主控软件，生成动画，并通过界面和对话框的形式实现了对整个上位机系统的可视化控制。
显示点阵转换程序就是将生成的显示信息通过点阵抽取和移动算法将显示信息转换为LED显示屏对应的点阵数据。对于彩色显示屏，需要将图像信息的RGB三基色数据分别抽样，并分块存储、顺序转发；对于连续的动画图像，要按帧分别计算偏移量，关键是背景图像与动画文字要同步。该部分的软件是在TURBO C3.0的环境下编写的。
串口通信程序则较为简单，附属于点阵转换程序中。
限于篇幅和技术原因，这里仅以PC机汉字抽取发送程序为例，叙述其原理和结构。
设终端显示屏所显示的是16×16的汉字点阵。所以，要想在终端上显示广告信息，必须将该信息所包含的汉字的点阵数据传到终端上。在TURBO C3.0 中，将汉字赋值给一个变量时，实际上是将该汉字的区位码赋值给这个变量。通过用UltraEdit－32以二进制的形式，观察DOS的汉字库文件 chs16.fon，发现汉字是以点阵的形式存储的。每个汉字都是16×16的点阵，笔划经过的地方为“1”，其余为“0”。这样，按从上到下，从左到右的顺序，一个汉字由256个点组成，也就是32个字节。汉字按区位码的顺序排列在汉字字库中，区码为行，位码为列，一区有94位。这样，某汉字在汉字库中的偏移地址为（区码×94＋位码）×32。取出后的32字节汉字点阵，经由PC机的串行口送入到发射机中。
限于篇幅和技术原因，这里仅以PC机汉字抽取发送程序为例，叙述其原理和结构。
设终端显示屏所显示的是16×16的汉字点阵。所以，要想在终端上显示广告信息，必须将该信息所包含的汉字的点阵数据传到终端上。在TURBO C3.0 中，将汉字赋值给一个变量时，实际上是将该汉字的区位码赋值给这个变量。通过用UltraEdit－32以二进制的形式，观察DOS的汉字库文件 chs16.fon，发现汉字是以点阵的形式存储的。每个汉字都是16×16的点阵，笔划经过的地方为“1”，其余为“0”。这样，按从上到下，从左到右的顺序，一个汉字由256个点组成，也就是32个字节。汉字按区位码的顺序排列在汉字字库中，区码为行，位码为列，一区有94位。这样，某汉字在汉字库中的偏移地址为（区码×94＋位码）×32。取出后的32字节汉字点阵，经由PC机的串行口送入到发射机中。其流程如图5所示。
限于篇幅和技术原因，这里仅以PC机汉字抽取发送程序为例，叙述其原理和结构。
设终端显示屏所显示的是16×16的汉字点阵。所以，要想在终端上显示广告信息，必须将该信息所包含的汉字的点阵数据传到终端上。在TURBO C3.0 中，将汉字赋值给一个变量时，实际上是将该汉字的区位码赋值给这个变量。通过用UltraEdit－32以二进制的形式，观察DOS的汉字库文件 chs16.fon，发现汉字是以点阵的形式存储的。每个汉字都是16×16的点阵，笔划经过的地方为“1”，其余为“0”。这样，按从上到下，从左到右的顺序，一个汉字由256个点组成，也就是32个字节。汉字按区位码的顺序排列在汉字字库中，区码为行，位码为列，一区有94位。这样，某汉字在汉字库中的偏移地址为（区码×94＋位码）×32。取出后的32字节汉字点阵，经由PC机的串行口送入到发射机中。其流程如图5所示。
4 性能测试
系统功能及参数测试结果如下：
1）图像录入功能 扫描仪、摄像头、数码相机、图像源文件；
2）文字录入功能 键盘、WORD/TEXT源文件；
3）动画设计功能 文字或图形相对于背景移动、缩放；
4）发射机设置功能 接收机序列号、图像移动命令、自检命令、发射命令；
5）接收机自检功能 显示蓝草坪背景和“欢迎光临”移动字符；
6）发射机待机时间 ≥120 h；
4 性能测试
系统功能及参数测试结果如下：
1）图像录入功能 扫描仪、摄像头、数码相机、图像源文件；
2）文字录入功能 键盘、WORD/TEXT源文件；
3）动画设计功能 文字或图形相对于背景移动、缩放；
4）发射机设置功能 接收机序列号、图像移动命令、自检命令、发射命令；
5）接收机自检功能 显示蓝草坪背景和“欢迎光临”移动字符；
6）发射机待机时间 ≥120 h；
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