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一、 LED电子显示屏简介及设计方案（例P16户外全彩） (一) 显示屏简介LED显示屏是集光电子技术，微电子技术，计算机技术和视频技术为一体的高科技产品，它的发光部分由LED（即光发二极管）拼装组成的，其优点是耗电量少，亮度高，工作电压低，驱动简单，寿命长，性能稳定。显示屏面积可以根据需要由单元模块任意拼装，响应速度快。 LED显示屏的出现弥补了以往磁翻板，霓虹灯等信息发布媒体效果的缺陷。以其变化丰富的色彩，图案，实时动态的显示模式，完美的多媒体效果和强大的视觉冲击力，将信息、文字、图片、动画及视频等多种方式显示出来，成为信息传播的划时代产品，在铁路、民航、体育场馆、会议厅堂、高速公路、广场、大型商场、银行、证券市场以及多种监控调度中得到了广泛的应用。 led电子显示屏是一种显示文字、图像、二维或三维动画及电视、录像、VCD等视频信号的理想的公众信息显示媒体，作为当代高科技发展的产物，它与广告牌、灯箱、霓虹灯等传统宣传媒体比较，具有无可比拟的优势：1、可实时播放无限的信息（每秒钟高达60幅图像）；2、是目前世界上各种宣传媒体中亮度最高的；3、图像清晰、视觉大、功耗低、寿命极长等。现已在城市的各种行政事业单位得到了广泛的应用，在提高形象和知名度及渲染单位主办各项活动的气氛等方面起到了良好的作用：1) 起到方便公众的作用。通过设在政府机构、企事业单位大楼显要位置的电子显示屏幕可播放如下内容：l 政府机构、企事业单位各职能部门的位置分布图及其运作程序；l 公众向各职能部门申办各种手续的工作流程及应提交的资料、收费标准；l 《服务承诺》等。2) 起到宣传、普及知识的作用。通过显示屏幕可播放政府相关的法律、法规、条例及基本常识等。3) 起到公告板的作用。通过显示屏幕可播放会议通知、告示、工作安排和先进集体、个人的光荣榜及先进事迹等。4) 起到公益广告的作用。通过显示屏幕可播放《文明市民公约》、政府宣传口号及重要新闻、企事业单位重要信息、广告等。5) 起到烘托气氛的作用。通过显示屏幕可播放上级领导及各种贵宾莅临参观、指导的欢迎词，各种重大节日的庆祝词等。(二) LED电子显示屏的组成及采用的技术LED显示屏包括以下几个组成部分：1) 计算机及多媒体部分：该部分主要组成部分是一台电脑和电脑内的软件，主要完成对视频信号处理，二维、三维动画的制作及一些特殊场合（如列车到达时间同步显示、证券行情显示、体育场馆比赛成绩显示等）的数据处理、数据管理，并可作为网络终端挂接在网络上。2) 高速数据采集及信号源控制部分：该部分主要组成部分是电脑内插的一块专用的视频采集卡，主要对计算机CRT上显示信号进行实时捕获、存储，同时产生显示屏驱动部分所需的数据控制信号。3) 屏体部分：本部分的主要组成部分是LED显示模块和驱动电路，我公司生产的LED显示屏均采用模块化结构设计，即16 32发光二极管构成的阵列；驱动电路及电源，均以模块为一单元，使其结构清晰、工艺可靠。因此，完全可以根据用户要求、场地、视距而随意拼接，显示像素也可根据视频画面的要求、分辨率的高低而设计，安装、运输极为方便。(三) 工作原理LED显示屏系统工作原理框图如下图所示。 4) 系统拓扑结构本系由编辑/控制系统、数据通讯系统、显示系统、视频处理及实用应用技术处理、音/视频控制系统、自动控制系统（智能供电、光传感系统、温度传感系统、烟雾传感系统）、安全防护系统、屏体框架、装潢结构等系统组成。5) 系统工作原理说明l 控制系统 l 编辑/控制系统主要由编辑计算机、控制计算机、多媒体视频卡组成。l 编辑计算机是将显示屏上要显示的文字/图像/视频信号等显示内容方便的按照客户要求的方式进行编辑处理，并将制作完成的显示内容通过网络通讯或移动硬盘输给控制计算机；l 控制计算机中安装有各类数据信息适用的播放软件，其主要功能是向显示屏体发送最终所需要的显示内容，使之按照用户预定方式进行播放，并控制显示屏的正常运行。同时，接受处理回传的 环境参数监控数据 ，维持显示屏体的安全工作状态。6) 通讯系统l 数据发送卡安装在控制系统中，它通过一根50PIN的扁平电缆线与DVI多媒体视频卡连接。DVI视频卡提供了标准TTL电平的RGB8位数字信号。l 数据发送卡取得DVI卡上的数据信号后，将其处理成差分信号，可以提高抗干扰能力，便于远距离传输。在没有中继的情况下，单模光纤10KM。l 数据接收卡接收来自发送卡的数字信号，通过算法控制时序以产生灰度。 同时可以暂存大量的视频信号，并向屏体扫描。数据接收卡保证了显示画面色彩的真实性、动作的平滑性和图像的稳定性。7) 显示系统显示系统由驱动部分与发光材料等组成。用以实现各类信息的显示播放功能。驱动部分由驱动电路与驱动IC组成。驱动电路采用4层线路板设计，增强了系统抗干扰能力；驱动IC采用日本东芝公司的LED显示屏专用芯片 TB62726AF。发光材料均选用进口材料（或用户指定的品牌），以满足用户的使用需求。(四) 功能特点1) 实时显示视频图像，电视、摄像、影碟等视频信号。2) 播放VCD、DVD和各种自制的视频信号节目，支持PAL、NTSC、VGA等各种制式。3) 显示各种计算机信息、图形、图像及二、三维计算机动画，在同一屏幕上可显示多种信息，如文字、图像、动画等，可任意进行编排。4) 有多种播出方式，如：翻页、移动、缩小、放大、闪烁、开窗和滚动等方式。5) 支持多语言系统，有多种中文字体和字型可供选择。6) 大型体育、庆典、文艺活动、背景图像显示、新闻发布、通知、标语、广告信息显示。7) 配有标准网络接口，通过计算机，与其它标准网络连网，同时播出网络信息，实现网络控制，通过网络系统可以上Internet网。8) 配有声卡，具有声音接口，可与广播系统连接，达到声像同步。9) 系统有功能性故障自检功能。10) 可连续工作，适应于各种需长时间播放的场合。(五) 技术特点1) 模组介绍512mm10mm单位像素点构成 2) DVI同步映射技术显示屏显示系统，一般采用DVI同步控制技术。DVI同步技术是通过硬件方法使LED显示屏的每个像素点与计算机CRT上某一窗口中的像素点一一对应，LED屏与CRT画面内容能够实时跟踪。与VGA同步的显示屏显示系统在引入多媒体视频技术后，可以实现计算机图形的显示。它与图象采集、处理、压缩、传输、播放等计算机多媒体图象处理的软硬件技术密切相关。在LED显示系统中，阵列结构单元为其基本结构，每个阵列单元又包括发光二极管。LED屏的显示方式采用与计算机显示器屏幕相映射的原理，即LED阵列的一个像素点对应着计算机显示屏幕的一个像素点。根据光学原理，将来自计算机屏幕上每一点的图像进行分解，经过系统处理后，传递到LED阵列屏幕上的阵列单元中，分别驱动相应颜色的发光二极管，即实现了计算机屏幕在LED阵列屏幕上的映射。3) 256级灰度实现技术对发光二极管来说，亮度信号的强弱是由通过其中的电流决定的。因为在LED的发光时间小于人眼的光残留时间时，人眼对光线强弱的感受主要由光线的强度和感受的时间决定，因此，在电流恒定时，图象的灰度等级完全由电流脉冲宽度占空比决定。对每一基色的灰度级均按一个字节处理。通过控制电流脉冲宽度的占空比，可实现每一基色有256（28）灰度级的显示。双基色LED显示屏可显示256 256=65536种色彩。4) 人眼非线性（ ）校正技术LED显示屏，可以用来显示电视画面。但是，由于目前还没有专门用于LED显示屏的图像源及其标准，一般将送给CRT显像管的图像信号作为LED显示屏图像信号源。因为CRT与LED具有不同的显示特性，若简单地把送给CRT的信号送到LED屏进行显示，就会引起严重的灰度畸变，观赏性极差。因此，必须在把控制信号送给LED驱动电路之前对其进行校正，使之适合LED显示屏的显示。事实上，电视系统传输信号的过程中，如果要获得逼真的图像重现质量，就要求从摄像到显像全过程的总传输特性是线性的，即显像亮度与景物亮度成正比。然而，CRT特性的线性较差，它的非线性畸变可用 值来表示。为了使CRT的这种非线性得到补偿，在图像信号源处引入了一种称为 校正的相反预失真。对于全彩LED显示屏，总是用数字信号去驱动它，灰度用对应的LED显示点点亮的占空比来控制，这样它的亮度与驱动信号是线性关系，这反而不利于LED彩色屏的正确重现景物，结果是：有效灰度分级减少，图像对比度下降。真正原因是驱动它的信号已经过了 预失真校正。因此，把控制灰度的信号送给LED驱动电路之前对其进行校正，称之为 校正。在 校正的过程中，还考虑到人的视觉明亮度与物理亮度并不是成线性关系，使输入输出信号在视觉上呈现线性关系，以保证LED彩色屏重现电视画面的质量。5) 无级（连续）亮度调节采用软件连续手调或光敏元件连续自动调节。通过PWM脉宽调节的方式实现，在亮度调整的同时有效避免了对显示灰度造成的损失，同时实现节能环保；对环境亮度的侦测或对时间的检测可以实现连续的采样，对亮度的调节在视觉敏感区段实现连续调节。6) 恒流驱动以往显示屏由于技术水平以及设计成本和空间的限制，全部是采用恒压驱动/动态扫描的驱动方式，这对管芯的寿命和发光效率以及显示效果都是不利的。随着行业技术水平的发展，设计驱动电路摒弃了动态恒压的驱动方式，采用恒流驱动的工作方式，真正体现了LED是电流特性的器件，保证了10万小时的发光寿命。7) 色温调节和白平衡技术许多用户为了得到鲜艳的色彩喜欢选择高色温显示，在软件中采用实时调节色温函数，使显示屏具有不同的色温。（6500K至10000K）8) 自动保护技术显示屏的每一个单元板均带有自动保护电路，以保护可能发生意外事件，如电源或前级显示板故障而后级不能正常工作要造成高亮烧坏时，这时保护电路会工作使得单元板进入全暗关闭保护状态，等前级板子修复后，保护电路会自动复原。9) 色差调整技术每块单元板的红、绿的亮度可单独调节，这样能有效地消除现场所可能观察到的色差。10) 远距离传输技术采用差分传输技术，控制系统与显示屏之间的信号可采用电脑上用的超五类双绞线传输，距离长达100米，采用光纤控制技术可达10000米，满足了远距离传输的需求。11) 抗干扰技术双基色视屏显示屏的通信线采用超五类双绞线，三基色显示屏的通信线采用光纤，其优点是可克服应用场合可能具有的电磁波及BB机台和手机基站等设备带来的强干扰，有效提高系统可靠性。12) 高可靠电源系统采用分布式高性能开关电源供电，高可靠的电源系统是显示屏长期正常工作的前提保证。我公司针对显示屏电源应用特点，为LED显示屏选用了专用电源系统。具备以下功能：①有过压保护功能。②有过载保护功能（过流保护功能）。③突然断电、再加电没有反向电动势的冲击。④有良好的滤波功能（抗电源干扰）。⑤适用工况环境温度-25℃～65℃13) 故障诊断技术为加强系统的容错性和方便维修，系统能对在运行过程中可能发生的错误加以检测，使显示屏在最大程度上保持正常的显示和通信功能。故障诊断过程不会影响显示屏的工作。如果出现故障，将根据故障的种类以及可能对系统造成的影响程度，采取不同的对策：有的必须立即关闭显示屏的显示，等待维修人员检修；有的则对整个系统的运行影响不大，可以继续运行伺机处理。14) 并行工作显示屏内部的关键信号都采用并行工作的原理，使的其中某块电路发生故障只会影响很小的局部显示功能，能几乎不影响整个大屏幕的工作，这样就大大提高了显示屏的抗病能力。15) 正面维护技术为了给空间更为美观和协调，我公司特设计出可以采取正面维护的线路板，屏体可以根据客户的空间和装修的需要，进行固定或镶嵌在设计的墙里，安装或维护时只需简单移动每一块LED单元板即可。这种设计已广泛使用在各大高档场所。(六) 屏体设计1) 显示屏应考虑的问题（1）显示屏可能会受到在舞台可能会因剧烈震动而引起安全问题（2）显示屏工作时本身要产生一定的热量，如果环境温度过高而散热又不良，集成电路可能工作不正常，甚至被烧毁，从而使显示系统无法正常工作；（3）环境光变化大，特别是可能受到阳光直射。2) 设计针对以上特殊要求，本公司设计部针对该工程做到了以下设计： （1）显示屏采用全冷轧钢板箱体结构,使其不影响美观的前提下,增加了安全性能（2）安装通风设备降温，使屏体内部温度在-10℃～40℃之间。屏体背后上方安装轴流风机，排出热量；（3）选用工作温度在-40℃～80℃之间的工业级集成电路芯片，防止冬季温度过低使显示屏不能启动。；（4）为了保证在环境光强烈的情况下远距离可视，必须选用超高亮度发光二极管；（5）显示介质选用新型广视角管，视角宽阔，色彩纯正，一致协调,寿命超过10万小时。显示介质的外封装为目前最流行的带遮沿方形筒体，硅胶密封，无金属化装配；其外型精致美观，坚固耐用，具有防阳光直射、防尘、防水、防高温、防电路短路 五防 特点。3) 框架、散热的设计模组拼合像素构成： p16 2R1G1B l 本公司结构设计工程师在进行结构设计之前进了行现场实地考察，以此了解安装现场的情况，从而确定了安装方式、连接固定方式、散热方式、视线角度、维修通道、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：屏体安装位置，位置结构图，建筑结构承受能力等）本显示屏外框架结构包括屏体骨架结构、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。l 散热是确保电子屏长期稳定工作的重要设计项目。散热，即把屏内因工作产生的热量及时带走，以保持屏内空气温度与器件工作温度处于正常的要求范围。同时它能有效地解决屏内防尘、防湿与防腐等问题。我们在本系统中采用散热与防护融于一体的分离式散热方案。该方案的中心点就是将平常故障率最高、也是最难防护的电路驱动部分分解为与模块相匹配的标准单元，选用散热系数较好的硅胶材料，进行灌胶处理。此方案与传统上采用的风扇对流散热方案或对屏体采用隔离式强制循环散热器对流散热方案相比，其最明显的优点就是方式使屏体内部或外部的空气与电路部分相互隔绝，满足了防尘，防潮的要求。4) 防水防腐措施及防护设计防酸雨、防水、防潮、防腐、防尘LED显示屏系统所涉及的产品都经过防酸雨、防水、防潮、防尘、防燃烧、仿腐蚀等处理，通过盐雾试验，试验结果表明：产品均达到国家工业标准，符合盐雾试验要求，即使在海洋性气候的条件下，屏幕也能够长期正常使用。三防措施：所有电路板在生产检测完毕后使用专用电子三防漆处理，并涂抹阻燃性材料，使其具有防尘、防潮、防腐蚀、阻燃性能。像素和模组间用绝缘橡胶圈压封以阻止水分糁透。全部产品外壳防护等级达到GB4208-93标准中室外B级以上 5) 电气、安全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。我公司显示屏均配有专用的配电系统，并且有以下特点：a) 配电系统具有远程控制功能。b) 具有供电指示功能。c) 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。d) 具有定时自动开关屏的功能，可实现无人留守，具有多路输出和延时上电的功能；e) 智能化的电源，可实现风扇的自动开启和关闭，过热的自动保护，并能自动恢复，无需人去维护；f) 在配电箱中，对每一路馈入屏体的交流电，均通过空气漏电开关保护。g) 采用常州创联显示屏专用开关电源，它具有开机延时启动、过流保h) 护、过压保护、漏电保护等功能，且体积小、功率大、可靠性强。i) 系统现场布线、信号线与交流电源（动力线）严格分开。 另外需要使用一个独立于保护地的信号地，供网络系统和集散控制系统使用。电网防雷依靠现场配电系统解决。电子显示屏中电子元器件集成度高，其对抗干扰的敏感度也越来越高。雷电以通过各种方式危害显示系统，一般情况下它直接集中屏体然后经接地装置泄放入地。在雷电流经过之地或未良好接地的金属外壳、电缆的金属外皮、显示屏内的金属框架与接地装置相接，防止在这些物件上由于感受高压或接地装置上雷电入地高电位的传递造成对设备内部绝缘、电缆芯线的反击。在面积大的显示屏系统中增添避雷器，避雷器能降低反击时出现在设备上的过电压，限制雷电侵入波。6) 装修装饰方面设计我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，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。7) 防电磁干扰A、本系统为隔绝内部与外部电磁环境而设计抗干扰电路，防止了外部环境电磁场引起电磁环境的变化，对屏内和屏外的电子设备影响，达到GB/T13926.3-92和GB9254-88的要求。B、显示屏模组采用嵌入式驱动方式，LED管与驱动电路整合在国一块4层印制电路板（PCB）上，增大接地面积，减少信号之间的互扰；驱动电路所有的元器件均采用表面贴技术，提升了系统的可靠性和抗干扰能力。8) 消除马赛克现象产生马赛克现象的主要原因是：同一块显示屏选用了不同规格档次（或批次）的LED管；各模块之间的平整度不能保证要求，同时由于LED的视角因素，造成各模块相对于某一观察点的亮度不一致。9) 降噪处理由于与媒介带来的噪声和模数转换的量化噪声，对显示屏的显示效果有一定地影响，需采取相应的降噪处理措施。我公司用大规模可编程集成电路开发了具有递归和中值滤波功能的LED控制系统，可以降低噪声对显示效果不利影响。(七) 选材保证1) 发光器件在显示屏中，最重要的是发光器件，它也占成本最大，发光管芯主要选择台湾国联公司或日本进口产品，国内封装,模块质量除了其可靠性外,还强调其亮度和色度尽可能的一致性。我们所采购的发光模块管芯的截面都是12 m 12 m，与8 m 8 m管芯不同的是其寿命长、亮度衰减慢。发光器件采购进来后要进行QC检测，我们主要查三方面内容，第一亮度是否均匀，我们是用本公司专业开发的亮度测试仪来用仪表读数，不同与其他人用人眼来观察，亮度可以做到非常均匀。当然，不亮的点是作为严重的缺陷来剔除的。第二方面是检测发光器件在高压情况下的工作老化情况，以达到检测器件以后长年工作后可能发生的故障。第三方面查波长的一致性。所以经过本公司挑选后的显示模块，最长的用户已用了10年还如同新的相差无几。2) 驱动电路显示屏的驱动电路室内主要由美国ST公司的74HC595、室外以东芝公司的TB62706恒流驱动等集成电路来完成信号传输和电流驱动。行驱动是采用美国IRF公司的大功率MOS管。该MOS管驱动电流大、开关速度快，从而避免了普通双极型大功率管的 行延迟 效应。以上所述各种器件均采用原装器件，其质量及系统可靠性是可以保证的。3) 接口电路接口电路均采用日本日立的HC245和飞利浦的HC245等进口产品，能允许元器件电源电压变化 10%，电路仍能工作；抗变化能力强，不易损坏。4) 接插件接插件选用进口产品。通信线采用安普公司及其他国外公司的产品。5) 控制电路本公司在控制器功能上体现出了更加强大性能，使得256级灰度控制器的可靠性大大提高，它能将视频卡送出的数字信号变换成显示屏控制驱动电路能接收的信号，通过总线驱动器发送到屏体的控制驱动电路。对驱动电路的不断优化，使得整个电路布局更为流畅，屏体维护非常轻松，大屏运行的稳定性大大提高。6) 信号采集和传输信号传输采用MOTOROLA高速传输器件，修改方便，因此设计方案大大提高了整个系统的稳定性和可靠性。7) 线路板材印制板为进口板材，由昆山电路板公司加工，产品出厂时100%通过通短路测试。本公司印制板设计规范，包括元器件排列、走线、滤波等方面的严格规定，用示波器测量每块印制底线上噪声干扰，峰∽峰值不超过150MV。8) 外框结构本公司显示屏外框支架结构采用国家标准的铝合金型材及不锈钢，外观轻巧，结构牢固，大大降低了显示屏的绝对重量。增加了显示屏的结构强度和抗腐蚀能力。