大型室外LED顯示屏的智能控制研究

游葦

摘 要：文章針對(duì)大型室外LED顯示屏的智能控制，結(jié)合理論實(shí)踐，在簡(jiǎn)要闡述LED顯示屏控制系統(tǒng)運(yùn)行原理的基礎(chǔ)上，分析了LED顯示屏的智能控制方法，大型室外LED顯示屏的發(fā)展前景。分析結(jié)果表明，LED顯示屏具有很強(qiáng)的適用性，在交通、證券、廣告等方面等有良好應(yīng)用。通過(guò)智能控制，可進(jìn)一步提升LED顯示屏的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：室外;LED顯示屏;智能控制;遠(yuǎn)程控制

中圖分類號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2020）09-0031-02

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，LED顯示屏控制技術(shù)愈發(fā)先進(jìn)，在國(guó)內(nèi)外很多行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用。發(fā)展至今，LED顯示屏已經(jīng)達(dá)到了超高亮度全彩色視頻顯示水平，這一點(diǎn)是傳統(tǒng)液晶顯示屏無(wú)法比擬的。而且LED顯示屏具有很強(qiáng)的防水、防塵、防潮等特點(diǎn)，即便在條件惡劣的室外，也可以良好應(yīng)用。LED顯示屏具有良好的面積延展性，LCD面積大了難以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫拼接，LED顯示屏可任意延展，并實(shí)現(xiàn)無(wú)縫拼接。而且LCD等離子屏光通量衰減很快，一般運(yùn)行一年半左右就需要更換，但LED顯示屏同等運(yùn)行條件下至少五年沒問題?；诖?，開展大型室外LED顯示屏的智能控制探討就顯得尤為必要。

1 大型室外LED顯示屏的智能控制方法

1.1 LED顯示屏驅(qū)動(dòng)電路控制

和傳統(tǒng)熒光燈電子鎮(zhèn)流器相比，LED顯示屏的驅(qū)動(dòng)電路的主要功能是，將電源提供的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，以供LED顯示屏使用。從物理學(xué)的角度來(lái)看，LED顯示屏上的數(shù)字模型可用以下公式來(lái)表示：

此公式中，Vturn-on表示LED顯示屏的啟動(dòng)電壓，Rs表示伏安曲線的斜率，T表示環(huán)境溫度，表示LED顯示屏正向電壓的溫度系統(tǒng)。對(duì)大型室外LED顯示屏而言，為-2V/℃[1]。

從上述公式中可以看出，LED顯示屏在運(yùn)行中，即便是正向電壓發(fā)生細(xì)小變化，也可能引發(fā)LED顯示屏電流的較大變化。此外，LED顯示屏運(yùn)行的環(huán)境溫度、老化時(shí)間等因素，也會(huì)對(duì)LED顯示屏運(yùn)行的電氣性質(zhì)造成較大影響。但對(duì)大型戶外運(yùn)行的LED顯示屏而言，光輸出和電流呈現(xiàn)正相關(guān)。如果驅(qū)動(dòng)電路在輸入電壓或者環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，必須嚴(yán)格控制電流，以保證LED顯示屏運(yùn)行的可靠性。否則，容易發(fā)生失效問題，也會(huì)降低LED顯示屏的使用壽命。

完整的LED顯示屏驅(qū)動(dòng)電路，由三部分共同組成，包括：電流隔離變壓器、AC-DC整流器、限流電阻等。其中，變壓器的主要作用是對(duì)LED顯示屏進(jìn)行隔離和變壓，限流電阻則用于控制LED顯示屏的運(yùn)行電流。其電阻阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于LED顯示屏自身的電阻，從而有效解決了LED顯示屏運(yùn)行中輸出電壓、運(yùn)行環(huán)境等發(fā)生變化，影響LED顯示屏使用效率的問題[2]。

1.2 數(shù)字RGB混合控制系統(tǒng)

RGB混合控制系統(tǒng)是室外大型LED顯示屏智能控制的關(guān)鍵系統(tǒng)。LED顯示屏由大量二極管組成，隨著使用時(shí)間的增加，LED顯示屏的亮度、顏色、色域、色調(diào)等都會(huì)發(fā)生衰減，從而影響使用效果。通過(guò)RGB控制系統(tǒng)，調(diào)配紅、綠、藍(lán)三種發(fā)光強(qiáng)度，可在LED顯示屏使用壽命范圍內(nèi)，對(duì)LED顯示屏的亮度、顏色、色域、色調(diào)等進(jìn)行合理調(diào)節(jié)。在此基礎(chǔ)上，可采用發(fā)光二極管，對(duì)紅、綠、藍(lán)三色光進(jìn)行采集，再通過(guò)DSP系統(tǒng)和智能化控制算法，就能對(duì)這三種混合光的強(qiáng)度、顏色、色調(diào)等進(jìn)行控制。

為保證每種顏色的采樣效果，需要至少布置三個(gè)光電二極管，分別對(duì)紅、綠、藍(lán)三種光色進(jìn)行采集。采集完成后，再將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)放大濾波之后，再重新進(jìn)入與之相對(duì)應(yīng)的PWM轉(zhuǎn)換器中，通過(guò)DSP對(duì)這三個(gè)采樣信號(hào)進(jìn)行分析處理。通過(guò)對(duì)PWM進(jìn)行有效調(diào)節(jié)控制，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)過(guò)LED顯示屏的電流的有效控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED顯示屏光強(qiáng)度、顏色、色調(diào)的實(shí)時(shí)調(diào)整，保證LED顯示屏?xí)r刻處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。大型室外LED顯示屏運(yùn)行中，采用RGB混合開展系統(tǒng)，可有效解決運(yùn)行環(huán)境溫度、批量性能差異大等因素對(duì)LED顯示屏顯示效果造成的影響。采用智能化軟件進(jìn)行控制，可在任意情形下都達(dá)到高質(zhì)量的顯示效果。而且還具有友好的人機(jī)交互界面，操作人員只需要調(diào)整相關(guān)參數(shù)，就能實(shí)現(xiàn)個(gè)性化顯示。

1.3 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

大型室外LED顯示屏遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。

從圖1中可以看出，LED顯示屏遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用了2臺(tái)計(jì)算機(jī)。其中，計(jì)算機(jī)1用于LED顯示屏上文字的錄入和顯示內(nèi)容的更新。需要更新的內(nèi)容，先在計(jì)算機(jī)1上編寫，然后傳輸給計(jì)算機(jī)2。計(jì)算機(jī)2對(duì)計(jì)算機(jī)1傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)及文件進(jìn)行處理和緩存，再用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)或者電話線就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。在遠(yuǎn)程控制過(guò)程中，計(jì)算機(jī)2是LED顯示屏的調(diào)制解調(diào)器，用于遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)的調(diào)制。在LED顯示屏上也布置了調(diào)制解調(diào)器，但并不用于數(shù)據(jù)調(diào)制，而是一種專用的控制器。在運(yùn)行中，不但需要控制LED顯示屏的運(yùn)行情況，還要控制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并形成專用的接口板和原LED顯示屏控制機(jī)相互配合。在LED顯示屏遠(yuǎn)程控制時(shí)，主要通過(guò)兩個(gè)單片機(jī)作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的接口板。其中，一個(gè)單片機(jī)用于控制LED顯示屏上雙口RAM的接收;另一個(gè)單片機(jī)的作用是，將雙口RAM中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸給LED顯示屏進(jìn)行顯示，從而形成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)傳輸、顯示過(guò)程。

1.4 LED顯示屏內(nèi)部溫度控制

大型戶外LED顯示屏往往安裝在條件惡劣的地區(qū)，在炎熱的夏季、寒冷的冬季都需要穩(wěn)定運(yùn)行。但不同季節(jié)，LED顯示屏內(nèi)部的溫度差異較大。為保證LED顯示屏能夠安全、可靠運(yùn)行，提升使用壽命，需要在LED顯示屏內(nèi)部安裝恒溫控制器，以滿足不同地區(qū)、不同季節(jié)，室外LED顯示屏運(yùn)行對(duì)環(huán)境問題的需求，保證LED顯示屏能夠正常運(yùn)行。LED顯示屏正常使用溫度范圍在0℃～20℃之間，在寒冷的冬季，室外溫度低于0℃，可開放熱風(fēng)幕進(jìn)行加熱。在炎熱的夏季，室外溫度高于20℃時(shí)，開放空調(diào)進(jìn)行降溫。如果室外溫度正好在0℃～20℃之間，熱風(fēng)幕、空調(diào)都不啟動(dòng)，以降低運(yùn)行成本。若運(yùn)行溫度過(guò)高或者過(guò)低，LED顯示屏內(nèi)部的元器件損耗速度會(huì)明顯加快，從而縮短LED顯示屏的使用壽命。因此，為保證LED顯示屏能夠穩(wěn)定運(yùn)行，內(nèi)部溫度必須控制在0℃～20℃之間。

1.5 LED顯示屏內(nèi)部濕度控制

濕度對(duì)LED顯示屏的使用性能和使用壽命也有較大影響。不同地區(qū)的室外溫度、濕度存在較大差距，為保證LED顯示屏能夠穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)LED顯示屏內(nèi)部溫度及濕度進(jìn)行科學(xué)檢測(cè)和控制。如果溫度過(guò)高，會(huì)燒損元器件。如果濕度過(guò)大，LED顯示屏內(nèi)部電路容易發(fā)生短路故障，需要對(duì)溫度和濕度進(jìn)行嚴(yán)格控制。對(duì)大型室外LED顯示屏而言，為提升智能化控制水平，需要將濕度傳感器布置在LED顯示屏的四個(gè)角和中間。在進(jìn)行濕度控制時(shí)，按照五個(gè)傳感器反饋回來(lái)的參數(shù)平均值進(jìn)行處理。如果濕度過(guò)高，則立即啟動(dòng)加熱系統(tǒng)進(jìn)行除濕。

2 LED顯示屏智能控制發(fā)展前景

在當(dāng)今社會(huì)，各大城市隨處可見各種大型LED顯示屏，其已經(jīng)成為城市夜間的風(fēng)景線。因此，LED顯示屏智能控制技術(shù)具有良好的發(fā)展空間。在未來(lái)，LED顯示屏的功能不會(huì)僅僅局限于廣告顯示、交通通知上，而是通過(guò)各種先進(jìn)技術(shù)的有效集成，搭建一個(gè)智慧化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，并在智慧城市中扮演著非常重要的角色。將傳感器技術(shù)和LED顯示屏相互結(jié)合，可衍生出更好的使用功能。如將LED顯示屏和粉塵傳感器結(jié)合使用，可實(shí)時(shí)顯示城市空氣粉塵污染情況;應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)境保護(hù)中，可清楚顯示實(shí)時(shí)的空氣質(zhì)量，為空氣污染治理提供指導(dǎo)，以保障居民的生活質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，文章結(jié)合理論實(shí)踐，探討了大型室外LED顯示屏的智能控制技術(shù)。探討結(jié)果表明，目前室外LED顯示屏正向更大規(guī)模、更高亮度、更高的發(fā)光均勻性等方向發(fā)展。其顯示的內(nèi)容可以是動(dòng)態(tài)圖文、視頻圖形等，也可以實(shí)現(xiàn)音頻同步播放?？刂葡到y(tǒng)也正向集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展。LED顯示屏智能控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的技術(shù)性和先進(jìn)性，需要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，立足現(xiàn)有的控制技術(shù)，從驅(qū)動(dòng)電路控制、數(shù)字RGB混合控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、內(nèi)部溫度控制、內(nèi)部濕度控制等方面同時(shí)入手，才能提升應(yīng)用效果，真正意義上實(shí)現(xiàn)大型室外LED顯示屏的智能化控制，促進(jìn)我國(guó)LED顯示屏事業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉壯壯，倪笑宇，陳立偉，等.無(wú)線遠(yuǎn)程控制LED顯示屏設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)試，2018，387（06）：15，23.

[2] 陳枕鎮(zhèn).基于小間距LED顯示屏的智慧城市設(shè)計(jì)方案[J].中國(guó)公共安全，2018，311（07）：173-177.