黄永安的日志

LED电子显示屏系统设计方案

已有 683 次阅读 2010-05-25 11:12 标签: LED 电子显示屏系统设计

LED电子显示屏系统设计方案

文件总目录

1、公司简介

2、系统需求分析

3、系统实现目标

4、系统构成

5、系统显示控制电路设计

6、结构设计方案

7、系统安全性保证

8、系统软件

9、系统性能分析

10、质量保证计划与验收

11、质保服务与培训

第一章、公司简介

1、1公司简介

武汉艾布纳科技有限公司是专业从事图形图像产品的研究、开发、生产、销售及售后服务的高科技企业。自1997年起从事LED显示屏及控制系统的开发和研制。现已形成由室内到室外，从单色、双色到全彩色系列显示屏。艾布纳LED电子显示屏在全国业务范围包括北京、江苏、湖南、湖北、河南等地。涉及到体育、金融、证券、邮电、电力、交通运输、工业控制、劳动力市场、医药、学校、电信、工商、税务、法院、技术监督等领域数百个用户，产品的技术水平、工程质量和售后服务受到用户的一致好评，工程质量及信誉已达到了一流水平。在行业和用户中享有很高的声誉。

公司还拥有世界领先的触摸技术、嵌入式采集系统技术、触摸浏览技术，提供触摸产品、是美国ELO公司和日本MINATO公司触摸产品的中国区总代理，公司以触摸上网一体机、WBT网络电脑、各种专用网络信息终端、核心应用软件与网管软件产品为基础，构造城市公共信息解决方案、电子商务解决方案、金融解决方案、企业管理解决方案、电子政务解决方案、医院解决方案等，提供各种适合于政府、教育、公共事业等行业的网络系统、网络产品及服务。

1.2 技术、规模、及相关经验。

LED显示屏是集微电子技术、光电子技术、计算机技术、多媒体信息处理技术于一体的大型显示系统。以其色彩鲜艳，动态范围广，亮度高，寿命长，工作稳定可靠等优点，成为众多显示媒体中的佼佼者，广泛应用于政府机关、商业广告、体育场馆、信息传播、新闻发布、证券交易等方面。

　　艾布纳公司作为显示屏的专业生产厂家，建立了完善的售前、售中和售后服务体系，从显示屏产品及其系统的选型、设计，到安装调试，直至售后维护、保修等均有专业人员负责。公司生产的显示屏所选用的各种元器件均经过严格挑选，保证为原厂正品。发光器件均采用日本、台湾原装优质管芯（如日本日亚、夏普、台湾国联等产品），电子元器件采用国外著名半导体器件厂家（HARRIS、TOSHIBA、HITACHI、MOTOROLA、TEXAS）的元器件。显示屏的工艺性很强，其模块生产由专业生产线生产，出厂前经过一周老化测试，保证其工作稳定、可靠。公司以其精湛的技术力量和规范的经营模式，承诺产品保修三年，终身维修。

　　显示屏图像信息刷新快、配色柔和、显示稳定，绝无“频闪”、“水波纹”等现象。VGA/Video同步显示屏是100%同步的，即计算机屏幕上显示的内容可逐点对应地在大屏上显示。支持PC机硬件及操作系统和软件平台，真正实现计算机屏幕上的所见即所显。

公司以规范求效益、求发展，最大限度地让利用户，始终恪守“以专业的科技、可靠的品质和不断完善的服务满足客户的要求”。

第二章系统需求分析与实现目标

本设计方案是通过与用户的沟通，按照用户的使用要求制定的。显示屏方案型号确定如下:其主要技术参数如下表：

指标名称	技术指标	备注
发光器件	Φ3.7mm双基色8×8矩阵模块	1、发光器件采用台湾国联公司高亮度管芯,亮度高、色彩均匀; 2、控制芯片采用美国可编程逻辑门阵列,结构简单、稳定性好; 3、开关电源采用大屏幕专用电源,具有过压、过载、短路等保护功能; 4、线路板采用经UL认证产品.
像素密度	44100点/m2
点间距	4.7 mm
光亮度	R>400CD,G>300CD
盲点率	整屏无盲点
灰度级别	256级
显示颜色	65536色
显示模式	VGA同步640×480～1024×768
亮度调节	8级可调
单元板	尺寸：305mm×152mm 分辨率：64×32 数量：13×8=104块


屏体	有效显示面积：3.97 m×1.22m
屏体	分辨率：832×256
单元板间隙`	0.1㎜
传输方式及速度	高速串行,每路40Mbit/s
驱动方式	扫描驱动
画面刷新速度	150个画面／秒
视角可视距离	水平可视角度：正负70度
视角可视距离	2m～60m
显示功能	中、英文、常用符号动画、视频节目
工作环境	温度：—20度～70度电压：交流180V—240V 耗电量：≤300W／m2
耗电量	≤300W／m2
屏幕厚度	≤10cm
平均寿命	10万小时以上
通讯接口	LED专用多媒体卡
外框结构	显示屏外框采用银白色铝合金新型材料,外包不锈钢；

此项设计方案均采用VGA同步技术，可实时满足用户播放要求：如广告宣传、工作状况、通知、通告、还可以显示来自VCD、DVD、录像机、电视等各种视频源的图像以及网络传输来的数据，保证真正256级灰度效果，画面色彩丰富，层次分明，真正再现大自然的绚丽色彩。

下面就上述方案给予一套完整的说明，它共包括了以下内容。

第三章系统实现目标

我们认为本项目有两个重点：

1）它是一套完整的实时显示系统；

2）它是一套高性能的多媒体视频显示系统。

作为一套优秀的实时显示系统，其重心是稳定性好，可靠性高。作为一套多媒体视频屏显示系统，其基本点是一个集光、电、机于一体的高智能化系统,其系统的好坏决定了系统的再现能力和纠偏能力。再现能力反映的是显示系统显示效果的逼真度，它与色偏差、灰度级等一些光电参数有直接关系；纠偏能力反映的则是显示系统在外界环境变化的影响下，保证其原有的显示效果，其光电参数不发生偏移的能力。

以上两个方面，是本系统设计的主要实现目标。

3、1 系统功能说明

我们的总体设计目标是，把本系统设计成为一套高可靠性、智能化的现场实时显示系统。该系统应具备信息发布、图像显示、立体声响、调节控制、和远程编辑控制等基本功能。

3、2灵活多变的显示功能

本屏采用了多媒体和同步控制技术，其显示与播放可与控制计算机屏幕上的内容完全一致，LED显示屏上的图像色彩、缩放比例和显示尺寸，还可通过鼠标在计算机上随意调整。具体功能如下：

◇ 文字显示可以任意点阵显示中英文各种字体，有多种显示进入和退出方式，显示变换灵活。

◇ 表格显示可绘制各种表格进行显示，表内数据既可利用编辑软件人工输入和更改，也可通过编制专用软件，从网上指定的数据库中自动采集显示。

◇ 图片显示可将各种山水、人物图片放到显示屏上显示。

◇ 动画播放可显示由动画软件制作的图文、动画内容。

◇ 视频播放接入VCD/DVD、录像机、摄像机等视频信号源，屏上可显示视频画面；接入闭路电视信号，屏上便可收看各频道的电视节目。

◇ 组合显示利用编辑软件可将文字、图片、表格、动画和视频进行组合、迭加显示。

◇ 时间显示可采集计算机内的当前时间，并适时地分幅显示，内容可包括：年、月、日、星期、时、分、秒等等。

◇ 亮度控制可根据环境光照度，调整显示屏的亮度，以便达到最佳观看

效果。

3、3赏心悦目的音响功能

可直接与高保真音响系统相联，实现有声显示。音频系统可以达到现场声像同步的要求。

3、4 特有的监测与安全保护功能

◇ 环境亮度监测与显示屏体亮度的调节功能

◇ 防静电技术的采用

◇ 配电系统具有过压、过流、欠压、短路保护功能

3、5 先进的局域网编辑与控制功能

◇ 可实现局域网的编辑与控制

◇ 可实现网络群控

第四章系统构成

LED显示屏系统由显示系统、控制系统（含运行环境智能监控与安全保护系统、多媒体配套设备系统）、信息录入和节目制作终端等部分构成，如图4.1所示。

图中，控制机是P4主机，在本系统中起控制显示屏播放的作用。显示屏显示所需要的软件、显示内容、监测控制控制软件均存储于此机器中。控制机置于机房中，信息录入、节目制作终端可置于本机房或异地办公室中。利用有线电视接口可直接播放电视节目；电视现场直播，可通过摄像机给控制机提供电视信号，控制显示屏播放现场画面。

4.1 显示系统

显示屏体：LED发光器件组成的可控显示板（显示单元和灰度系统构成）。

结构骨架：显示屏体支撑部分，含显示单元固定架、外框架和维护架等。

4.2 控制系统

该系统计算机、多媒体卡、控制卡、扫描卡等构成，主要用于显示数据的编辑、处理与分配，并控制显示屏的显示。

控制计算机（推荐）： CPU-P4 1.７G以上,内存128M以上,硬盘40G以上,DVI显卡，17寸纯平彩显,光、软驱,标准键盘、鼠标,具有联网功能。

控制卡：ST-L256-A

扫描卡：ST-L256-B

控制软件：显示软件、多媒体播放软件、导播软件、远程联网控制软件等。

4.3 编辑系统

编辑系统的作用是完成显示屏显示内容的整理、编排和设计。编辑完成后的显示内容，须由编辑系统送入控制系统才能进行有效的时时播放。

编辑计算机：请参考我公司推荐配置

编辑软件: 显示编辑软件、多媒体制作软件等

4.4多媒体配套设备系统

该系统由视频输入、图文输入和音频输出等一些设备构成，主要用于显示数据与声音的采集、发生等。

视频设备：摄像机、录像机、VCD/DVD等；

图文设备：扫描仪、数码相机等；

音响设备：音频功放、音箱等。

5系统显示控制电路设计

5.1 系统电路原理

原理图如下图5.1所示。

图5.1 系统电路原理图

LED显示屏显示控制系统由主控电路、数据分配电路、LED驱动电路三部分组成。由主机控制电路产生相应的控制信号，并将来自计算机显示卡的显示数据存储到帧存储器中，然后将显示数据传输到数据分配电路。显示数据通过数据分配电路在读出逻辑的控制下送到各个LED驱动电路，在LED屏幕上正确地把图像显示出来。

显示控制系统采用了FPGA、CPLD可编程技术来实现显示过程的逻辑控制，这种在线可编程设计，使整个系统的升级和维护更加方便和容易，而且大大提高了控制系统的可靠性。

5、2显示屏色彩的实现方法

双基色屏，其发光像素是由红、绿二种基色的LED发光二极管组成。可以提供逼真的色彩性能，红、绿各256级灰度显示65536种颜色。

5、3 控制系统实现的功能

本控制系统有效地实现了如下功能：

◇ 长线接收：完成远距离的数据接收，有效消除干扰及共模噪声，保证数据接收的正确性。

◇ 时序控制：产生系统所使用的各种时序信号非线性调整：完成数据的非线性曲线调整，在系统中为2次γ校正。

◇ 灰度编码：完成从1024级灰度中同屏抽取256级灰度。

◇ 亮度控制：接收外部送来的控制命令，调整显示屏的亮度。

◇ 行列译码：选择本控制系统控制行列范围。

第六章结构设计方案

该类设计包括显示屏体骨架结构、散热结构、安装方式与外表装饰四项内容，它们是显示屏工程中十分重要的设计项目，其设计的合理性直接关系到显示屏的整体使用性能、安全性、可维护性以及外形的美观。在该项设计中，我们的基本做法是：严格按照相关国标、行标要求，依据相关理论，分析客户需求，并结合我们以往的实际经验，经过本公司工程师、美工师的精心设计，最终完成该类设计工作。

6、1 现场情况分析

现场情况的分析与掌握是结构设计的首要环节。本公司结构设计工程师在进行结构设计之前须进行现场实地考察，以此了解安装现场的情况，从而为确定安装方式、连接固定方式、散热方式、视线角度、承载能力计算等，提供设计依据。

在进行现场情况分析过程中，通常需客户提供如下要求与相关资料：

◇ 屏体安装方位与效果

◇ 安装位置建筑结构图

◇ 建筑结构的承载能力

◇ 现场施工要求与期限

本公司结构设计师根据现场考察的结果，并依据客户的要求和获得的相关资料，将会做出一套完整的设计方案，具体内容包括：

骨架结构设计：骨架结构图、边框架结构图、维护架结构图与技术要求

散热设计：散热设计方案及其工作原理

安装结构设计：安装方式图、连接固定方式说明、结构强度计算

外观美学设计：外观效果图、设计思想说明

6、2 骨架结构设计

屏体骨架的设计结构如图1所示，我们把它看成由固定架、边框架、维护架三部分构成。

固定架：屏体正面部分，用于连接和固定显示单元。

边框架：屏体四周部分，用于支撑屏体、并与固定面连接。

维护架：位于屏体内部，用于维护的方便。

骨架是整个显示系统的筋骨，设计施工中我们将把握如下几点：

◇ 骨架的刚性

◇ 连接强度

◇ 连接孔尺寸与位置精度

6、3外观美学设计

公司针对每块显示屏安装的环境，对其进行独特的造型设计，在设计阶段我们认真分析项目的需求，通过与客户的沟通，了解项目的需求关键，根据我们丰富的LED大屏幕制作经验以及原厂商的支持、参与，我们制定整个项目的设计方案，确保该方案能够满足系统的功能要求，并具有高实用性、高可靠性、高观赏性。我们的设计原则是功能、结构、外形三位一体，协调统一。既要保证显示屏的功能完善、结构合理、外观现代、大气，同时又要与周围环境很好的融合与呼应，让整个显示屏在所安装的环境中独具匠心。

第七章系统安全性保证

7.1防静电设计

静电即相对静止不动的电荷（Electro-Static），通常指因不同物体之间相互摩擦而产生的在物体表面所带的正负电荷。静电放电即指具有不同静电电位的物体由于直接接触或静电感应所引起的物体之间静电电荷的转移（Electro-Static-Discharge）。通常指在静电场的能量达到一定程度之后，击穿其间介质而进行放电的现象。

7.1.1 静电产生的原因

从微观上说,根据原子物理理论，电中性时物质处于电平衡状态。由于不同物质原子的接触产生电子的得失，使物质失去电平衡，产生静电现象。

从宏观上说,原因有:物体间摩擦生热，激发电子转移；物体间的接触和分离产生电子转移；电磁感应造成物体表面电荷的不平衡分布；摩擦和电磁感应的综合效应。

7.1.2 防静电的具体措施

◇ 采用防静电地板/地垫

◇ 安装离子风机和其它保护设备

◇ 使用接地工具和设备

◇ 在防静电区域设警示标志

7.2 电磁屏蔽

对于LED电子显示屏，由于我们采用的是金属定位的单元结构，其本身已具有很好的电磁屏蔽作用，因此通常我们不再考虑其电磁屏蔽问题。
　　然而，通过电源线，电网上的干扰可以传入设备，干扰设备的正常工作。同样，设备的干扰也可以通过电源线传导电网上，对网上其他设备造成干扰。为了防止这两种情况的发生，我们将在设备的电源入口处安装一个低通滤波器，这个滤波器只容许设备的工作频率(50Hz)通过，而对较高频率的干扰产生很大的损耗，从而起到了很好的屏蔽保护作用。

7.3 接地系统

7.3.1 直流地接大地

就是把数字电路等位地与大地相接,它克服了直流地悬浮带来的问题,特别是在LED显示屏系统中有大量的静电荷积沉,还有人体静电都会影响设备的运行,所以采用直流地接大地后，为静电荷找到了通路。
直流地接大地我们采用的是并联接地方法,这种接法各点间的电位差很小,可获得较低的接地阻。

7.3.2 安全保护

LED显示屏系统中的安全保护地是将所有显示单元的固定柱,通过安装骨架联接起来,再用接地母线将其接地或接到配电柜的中线上。

第八章系统软件

8.1 显示控制软件

控制计算机选用Windows95/98作为操作系统软件，安装TV卡驱动程序，根据不同规格的显示屏进行相应的显示区域设置，使所有显示内容均可在屏上显示出来；安装LED显示屏专用播放软件LEDSHOW可控制显示屏的播放；安装通信控制软件，还可实施远程控制播放。

8.2 显示编辑软件

显示内容可采用二维（Animator）及三维(3DS MAX)动画软件进行动画节目的创意制作，也可通过影像设备摄制节目，经后期制作形成最终播放文件，或直接采用提供的节目。

第九章系统性能分析

9.1先进的控制技术

9.1.1 高水准的显示屏灰度控制系统

显示屏灰度控制也是图像效果好坏的关键。艾布纳公司采用了将图像进行1024级灰度编码，从中再取256级灰度显示，用硬件实现，实时性好，大幅度地提高了图像的显示效果。在视频接收电路、存储电路、高速度写电路、显示屏控制扫描电路中都进行了抗干扰处理，且有150Hz的显示屏刷新频率，使显示屏具有了稳定的高质量的画面，保证真正256级灰度效果，画面色彩丰富，层次分明。

9.1.2 独特的DPT和Gamma视频处理技术

为了使LED显示屏画面色彩逼真，控制系统采用组合式非线性校正技术，使显示画面更适合人眼的视觉特性，增强人眼视觉效果。采用最先进的DPT控制技术，使图像边缘更加平滑，使视频图像更加清晰。对比度增强技术，使视频图像更加透彻。图像去拉毛、消噪声技术，使视频图像更加清晰稳定。

9.1.3 极佳的动态效果

显示屏的画面刷新频率达到150帧/秒，换帧频率达到60帧/秒，完全满足了显示视频图像的要求，保证了运动图像的强烈动感，且使整个画面无抖动、水波纹、频闪等不良现象。

9.2 器件选取优良

9.2.1 发光器件的选取

双基色显示屏采用日本夏普高亮度发光管。

9.2.2 电子元器件

采用国外著名半导体器件厂家（HARRIS, TOSHIBA,ALLEGRO， MOTOROLA,TEXAS，Lattice，PHILIPS，ALTERA）的元器件。控制部分采用超大规模集成电路,使系统的可靠性更高，体积大为缩小。

9.3 完善的配电系统

显示屏是一个较大的电子设备，良好的配电设备是系统实现可靠工作的重要条件之一。显示屏均配有专用的配电系统。艾布纳显示屏配电系统有以下特点：

◇ 在显示屏控制室直接开、关大屏，配电系统具有远程控制功能。

◇ 具有过流、短路、断电等多种保护功能，可自动处理各种应急情况。

9.4 外观精美、工艺考究

就显示屏的结构而言，其结构件易腐部件为显示屏体部分的金属柱，线路板、接线端子、接头；对水蒸气敏感的部件为线路板、电子元器件引脚。其它部件，均为工程塑料（聚碳酸脂）、环氧、橡胶等，对水蒸气不敏感，针对上述问题，我们采用如下四个措施：

9.4.1 模块壳体部分

我公司对模块表面进行了特别的防腐，防水处理，从根本上解决了随着显示屏体使用时间的延续，屏体表面变花、变黄、色斑严重的问题。

9.4.2 线路板

我公司对线路板的进行三防处理，保证线路板及所有接插件的连接部分具有三防能力。这样处理后便彻底解决大气水分、雾气对线路的腐蚀问题，使得显示屏本身对环境无苛刻的要求。

9.5 模块化设计

显示屏体结构采用模块化设计，使显示屏的安装、调试和维修极为简便。从结构上保证了显示屏的整体安装平整度。

9.6 功能强大的软件系统

显示屏播放软件：实现多媒体节目系统的播放。用户界面友好，功能强大，支持任何品牌的PC机的硬件及WIN98操作系统，所有软件可上网工作，因此本应用软件具备了远程控制功能，真正实现计算机屏幕上的所见即所显。

通过编程可自动选择播出设备，实现无人条件下的播出。

第十章质量保证计划与验收

10.1设计标准

标准

完全响应

（1）SJ/T11141 LED显示屏通用规范

（2）GB2421 电工电子产品基本环境试验规则总则

（3）GB2422 电工电子产品基本环境试验规则名称术语

（4）GB2423.1 电工电子产品基本环境试验规则低温试验方法

（5）GB2423.2 电工电子产品基本环境试验规则高温试验方法

（6）GB8898-88 电网电源供电的家用和类似一般用途的电子及有

关设备的安全要求

（7）GB9366-88 计算机站场地安全要求

（8）GBJ65-88 工业与民用电力装置的接地设计规范

（9）GBJ79-85 工业企业通信接地设计规范

（10）SDJ8-98 电力设备接地设计技术规程

完全响应

10.2验收建议书

◇ 准备检验仪器，熟悉检验标准

◇ 确定检验内容

机械结构：平整度、像素间距精度

光学性能：亮度、灰度等级、均匀性

电性能：换帧频率、刷新频率、像素失控点

◇ 抓住QC点，分阶段检验，直到最后验收

进料检验：关键材料的进货渠道、材料性能的检测

生产检验：对关键QC点、关键工序检验

出厂验收：对出厂前的屏进行验收。验收内容包括产品的总体质量、色匀度、工艺水平、外观等。验收对象包括样品屏、控制部件配电柜、视频控制、框架等。

系统最终验收：在质保期后5天内，检验整个系统是否达到了合同规定的全部要求。

第十一章质保服务与培训

11.1、质量保证期

本显示系统质量保证期在一年（免费保修期）。在保修期内，我方负责保养和维护合同规定的全部设备，对任何因产品设计、安装工艺、材料、产品质量和部件造成的设备或部件损坏，进行无偿的更换和维修。在本显示系统有重大活动需要时，我方派出足够的技术人员到现场进行保驾服务，确保系统正常运行。质保期后，我方提供系统的维修、维护，保证系统达到设计寿命，并且收取材料的工本费。

11.2、培训

我方将为需方培训专业人员，使其能够熟练操作本系统，并能够处理一些基本故障。培训可分为基础培训和现场培训两个阶段，培训人员１至3人。

a、基础培训

l 计算机基础知识

l WINDOWS 操作

l 显示系统工作原理

l 系统的操作程序和管理

l 系统的日常维护与安全注意事项

b、现场培训

现场培训在系统的安装调试过程中一起进行，要求系统的操作人员一起参与系统软硬件的安装于调试。培训主要内容包括：

l 系统的软件安装

l 显示信息的日常维护