LED显示屏控制系统的关键技术研究

本文所研究的基于GPRS的远程LED显示屏控制系统的关键技术包括上位机控制端、中转服务器和下位机LED显示屏;上位机控制端和下位机LED显示屏通过中转服务器建立网络连接;本系统具有利用内网穿透技术和中转服务器来实现远程控制, 能实现让所有联网的PC来控制每个LED显示屏;有线控制和无线远程控制;降低通信线路铺设成本和通信故障率;增强LED信息传输的稳定性和及时性, LED显示屏能随时接收上位机控制端下发的信息, 大大提高LED显示屏的工作效率;增加LED显示屏远程传输的数据量, 通过GPRS DTU发送信息, 采用TCP/IP网络协议, 终端联网数量不受限制;扩展LED显示屏远程应用的距离, 只要GPRS网络覆盖的地方都能使用, 不受距离限制。

20世纪80年代末, 武汉LED显示屏作为新型信息显示媒体在全球得到迅速发展, 具有亮度高、色彩鲜艳、寿命长、性能稳定等优点。LED显示屏在现实应用中大部分都是单一的非物联网设计, 未能实现多LED显示屏的大面积范围宣传和实时更新。在LED显示屏信息的传送方式上, 通过有线传输, 则需要额外的增加一笔线路铺设的开支;而现有的无线传输, 又存在远程通信质量低、一次性发送的数据量少等弊端和局限。本系统针对传统LED显示屏的各种弊端和局限, 通过一套稳定完善的远程控制系统解决这些问题, 包括实现多LED显示屏的统一远程控制, 显示内容的实时更新, 显示花样的更改, 显示亮度的自动、手动模式的调整、有线近距离控制和网络远程控制模式的切换、显示屏坏点信息反馈的功能, 全部由上位机软件进行统一监控。

1 系统设计

本文所研究的基于GPRS的远程LED显示屏控制系统主要包括中转服务器2和下位机LED显示屏3;上位机控制端1和下位机LED显示屏3通过中转服务器2建立网络连接 (图1) 。

图1 系统总体设计框图

下位机LED显示屏3包括微控制器4和连接微控制器4的数据存储器7、坏点检测模块5、串口模块8、光强度检测模块10和LED显示屏6, 串口模块8连接GPRS模块9 (图2) ;各个模块的数据汇总到微控制器4, 由微控制器4进行统一数据处理, 将LED显示屏6的坏点信息通过微控制器4和串口模块8传送至上位机控制端1, 同时通过串口模块8获取来自上位机控制端1的数据或者通过GPRS模块9接收来自中转服务器2的网络数据, 并将显示信息存储到数据存储器7, 根据控制命令在LED显示屏6上显示。

中转服务器2包括服务器软件14和花生壳软件15 (图5) , 中转服务器2建立上位机控制端1与下位机LED显示屏3的网络连接 (图1) ;服务器软件能实现内网穿透 (图3) , 让上位机控制端1与下位机LED显示屏3在具有公网IP地址的中转服务器2的协助下, 实现网络通信, 在不能实现内网穿透的情况下, 以中转服务器2作为桥梁, 采用中转技术, 把上位机控制端1发来的数据先暂存, 然后转发给下位机LED显示屏3;花生壳软件15能将中转服务器2的动态公网IP地址绑定到固定域名上, 上位机控制端1和下位机LED显示屏3则通过解析固定域名, 从而间接获取中转服务器2的动态IP地址, 实现网络连接。

图2 下位机LED显示屏原理框图

图3 DUP内网穿透框图

控制端软件13完成显示信息的转换、TCP/IP网络连接、屏幕运行状态的监测、远程控制LED显示屏6的显示内容、显示字体、显示花样、屏幕亮度等参数。服务器软件14基于VC6.0编写, 实现内网穿透或者数据中转, 支持多LED显示屏组网和多用户同时控制。坏点检测模块5能根据客户需要将屏幕的坏点信息反馈给上位机控制端1。

图4 控制端软件设计框图

图5 中转服务器软件设计框图

进一步, 光强度检测模块10能根据现场环境的光照强度的变化, 自动按事先设定好的比例调节屏幕亮度, 即屏幕亮度=线性关系*光照强度, 屏幕亮度与光照强度是一种线性关系, 光照强度越强, 屏幕亮度越亮, 反之光照强度越弱, 屏幕亮度则越暗。

图6 坏点检测模块原理框图

图7 光强度检测模块原理框图

2 系统操作步骤

首先对基于GPRS的远程LED显示屏控制系统的下位机LED显示屏3的设置, 开启下位机电源总开关, 使所有硬件模块通电运行, 检测GPRS模块的运行状态, 使网络通信正常。

第二步对基于GPRS的远程LED显示屏控制系统的中转服务器2的设置, 在具有公网IP的电脑上使用固定域名登录花生壳软件15, 运行服务器软件14, 点击运行服务, 点击网络检测, 看软件下方的公网IP和本地IP是否显示一致, 若一致表示服务器处于公网状态, 当上位机控制端1与下位机LED显示屏3成功连接中转服务器2时, 服务器软件14的界面上的客服端状态区的控制端和显示屏的状态指示图标将显示为在线, 并且将由灰色变成彩色, 方便用户识别。

第三步对基于GPRS的远程LED显示屏控制系统的上位机控制端1的设置, 根据实际情况来选择控制方式:网络控制和串口控制;若远程控制, 则选择软件界面左上角的网络连接, 直到图标显示彩色, 表明成功连接服务器, 若屏幕状态区显示彩色, 表明成功连接下位机LED显示屏3, 整个系统正常运行;串口控制需要事先配置好当前通信端口, 然后点击串口控制, 出现彩色表明设置成功。

3 系统测试

本系统经过实际测试达到了预定的目标, 运行稳定, 如图8。具备以下优点:1) 利用内网穿透技术和中转服务器来实现远程控制, 能实现让所有联网的PC来控制每个LED显示屏。2) 控制方式灵活, 近距离能采用有线控制, 也能做无线远程控制。3) 利用STM32F103做主控芯片, 内存大, 运行速度快。4) 采用GPRS通信, 降低LED显示屏通信线路铺设成本和通信故障率。5) 增强LED信息传输的稳定性和及时性, LED显示屏能随时接收上位机控制端下发的信息, 大大提高LED显示屏的工作效率。6) 增加LED显示屏远程传输的数据量, 通过GPRS DTU发送信息, 采用TCP/IP网络协议, 终端联网数量不受限制。7) 扩展LED显示屏远程应用的距离, 只要GPRS网络覆盖的地方都能使用, 不受距离限制。

图8 LED显示效果图