LED显示屏控制系统（LED Display Control System），是按照用户需求控制LED大屏幕正确显示的系统，按照联网方式分为联网版和单机版两大类。联网版又称为LED信息发布控制系统，可以通过云端系统控制各个LED终端。单机版又称LED显示屏控制器、LED显示屏控制卡，它是组成LED显示屏的核心部件、主要负责将外部的视频输入信号或者板载的多媒体文件转换成LED大屏幕易于识别的数字信号，从而点亮LED大屏幕的设备，其类似于家用PC中的显卡，区别在于PC中显示器为CRT/LCD等，本系统中显示器则为LED大屏幕。按照接入信号方式则可分为同步系统和异步系统1。LED显示屏同步控制系统，主要用来实时显示视频、图文、通知等。主要用于室内或户外全彩大屏幕显示屏。 LED显示屏同步控制系统控制LED显示屏的工作方式基本等同于电脑的监视器，它以至少60帧/秒更新速率点点对应地实时映射电脑监视器上的图像,通常具有多灰度的颜色显示能力，可达到多媒体的宣传广告效果。其主要特点是：实时性、表现力丰富、操作较为复杂、价格高。一套LED显示屏同步控制系统一般由发送卡、接收卡、和DVI显卡组成。

LED显示屏控制系统

LED Display Control System

联网、单机、同步、异步

是组成LED显示屏的核心部件

系统分类

一、按照显示的方式把LED显示屏系统分为三类

图文显示屏系统

一般只是把显示图形、文字的LED显示屏称为图文屏。图文屏的主要特征是LED点阵中各发光器件只有亮或灭,而强弱不能控制,也就是说此类屏没有灰度等级控制。

图像显示屏系统

图像显示屏是相对于图形显示屏而言的,是指那些具有灰度等级的显示屏,它所显示的画面更生动逼真,图像屏的主要特征是利用有限的灰度等级和颜色调制显示出颜色和灰度要求不高的图像。

视频显示屏系统

基于的撇示屏控制系统的研究能够接收视频信号并显示运动的、清晰的、全彩色图像的LED显示屏就称为视频显示屏。

二、按照控制方式,我们把显示屏系统分为两类

通信显示屏系统

通信显示屏是一种异步显示屏,异步方式是指LED屏体本身就具有存储及自动播放的能力,在PC机上编辑好的文字及无灰度图片等显示信息或者是汉字的区位码、图片号等和各种控制命令通过串口或其他网络接口传入LED屏控制器,调用预先存放在控制器的各种数据信息,按照要求把接收的指令处理成显示屏需要的点阵数据,发布到显示屏上。此类屏一般没有多级灰度显示能力,主要用于显示文字和简单的图形信息,可以多屏联网。这一方式必须需要一个带CPU的控制器对信息进行处理。

实时映射屏系统

实时映射屏是一种同步显示屏,基本功能是实现LED显示屏实时映射计算机屏幕内容,包括在多媒体卡的支持下显示Video视频图像。把数据从主机显卡的特征口或视霸卡上把显卡处理好的要显示数据取出来,然后对这些数据做一定的处理送到LED显示屏。这种方式可以不用带CPU的控制器,甚至只需要做出一块硬件卡就可以实现。

256级灰度LED显示系统能使LED显示屏完成与计算机同步显示,并使之达到高性能显示效果。256级灰度LED显示控制由多媒体卡、视频控制器、长线驱动,接收卡及显示单元构成。视频控制器从多媒体卡的标准显示接口获取数字化的显示信号,将其转换为显示屏所需的信号格式,它还可以从计算机的标准接口获得控制信号,用户通过计算机软件完成LED显示屏的控制调节,并使得显示屏能适应不同规格多媒体卡,具有高度的兼容性。

三、从通信的方式上分类

有线通信方式

利用电缆、光纤等有形物理介质作为媒介的通信方式。就应用来说一般都是通过专用的通道进行数据传输,这种方式费用较高,相信将来基于公共网的有线通信将会得到更广泛的应用。利用Interent进行数据传输也是本系统使用的主要方式之一。

无线通信方式

在通信距离范围内的LED屏控制器和监控中心之间通过无线电波把信息从监控中心送出的方式。这种方式节省系统投资,缩短建设周期,减少了系统被盗的可能性。这种通信的方式有类似于手机短消息的形式利用GSM、GPRS或者CDMA网络进行传输,也有利用广播塔,使用FM或者AM方式进行信号的发射和接收。

异步控制

LED显示屏异步控制系统又称LED显示屏脱机控制系统或脱机卡。主要用来显示各种文字、符号和图形或动画为主。画面显示信息由计算机编辑，经RS232/485串行口预先置入LED显示屏的帧存储器，然后逐屏显示播放，循环往复，显示方式丰富多彩，变化多样。其主要特点是：操作简单、价格低廉、使用范围较广。LED显示屏简易异步控制系统只可以显示数字时钟、文字、特殊字符。LED显示屏图文异步控制系统除具有简易控制系统的功能外，最大的特点是可以分区域控制显示屏幕内容。支持模拟时钟显示、倒计时、图片、表格及动画显示。具有定时开关机、温度控制、湿度控制等功能

同步控制

LED显示屏同步控制系统，主要用来实时显示视频、图文、通知等。主要用于室内或户外全彩大屏幕显示屏。 LED显示屏同步控制系统控制LED显示屏的工作方式基本等同于电脑的监视器，它以至少60帧/秒更新速率点点对应地实时映射电脑监视器上的图像,通常具有多灰度的颜色显示能力，可达到多媒体的宣传广告效果。其主要特点是：实时性、表现力丰富、操作较为复杂、价格高。一套LED显示屏同步控制系统一般由发送卡、接收卡、和DVI显卡组成。

控制卡分类

显示屏上的控制卡种类很多,生产控制卡的公司也很多

简单说分为 : 全彩同步卡 异步脱机卡 全彩视频脱机卡

随着近2年LED显示屏的飞速发展，LED控制卡的市场也变的更加广阔，尤其是09年刚刚新起的U盘LED控制卡使用的最多，可用串口连接电脑，也可用U盘传递信息，省电脑、免布线、支持模拟时钟、流水边框，U盘LED控制卡可省电脑、省布线。

C型卡

（分区卡）（U盘和串口双通讯功能）

1、支持4扫、8扫、16扫的各种户内、户外、半户外单双色显示板，一卡多能任意设置。

2、支持流水边框和模拟时钟功能，更加突出显示屏内容。

3、 最大可控范围单色114688点，双色点数减半，同时内置4个08接口和4个12接口，可扩展到8个接口。

4、显示功能：支持文字、图片、动画、EXCEL表格、时间、温度、倒（正）计时等。

5、可用于制作门头屏、海报屏、车载屏和其它种各种型号的屏。

6、设置锁屏功能，内置4组定时开关机时段，可任意设置使用。

7、具有串口通讯和U盘录入信息双重功能。

8、支持一个U盘管理多块显示屏功能，方便多屏集中管理。

E型卡

（时间分区）（U盘和串口双通讯功能）

1、 支持4扫、8扫、16扫，支持各种户内、户外、半户外单双色显示板，一卡多能任意设置。

2、最大可控范围单色40960点，双色点数减半，内置3个08接口和3个12接口，可扩展到8个接口。

3、显示功能：文字、图片、动画、时间、温度、倒（正）计时等。

4、可用于制作门头屏、海报屏、车载屏和其它种各种型号的屏。

5、设置锁屏功能，内置4组定时开关机时段，可任意设置使用。

6、具有串口通讯和U盘录入信息双重功能。

7、 支持一个U盘管理多块显示屏功能，方便多屏集中管理。

G型卡

（串口通讯功能）

1、 同上支持4扫、8扫、16扫的各种户内、户外、半户外单双色显示板，一卡多能任意设置。

2、 支持流水边框和模拟时钟功能，更加突出显示屏内容。

3、 同上最大可控范围单色114688点，双色点数减半，内置4个08接口和4个12接口，可扩展到8个接口。

LED控制卡接法示意图

LED控制卡接法示意图

4、 显示功能：文字、图片、动画、EXCEL表格、时间、温度、倒（正）计时等。5、可用于制作门头屏、海报屏、车载屏和其它种各种型号的屏。

6、 设置锁屏功能，内置4组定时开关机时段，可任意设置使用。

7、具有串口通讯功能。

F型卡

（时间分区）（串口通讯功能）

1、 支持4扫、8扫、16扫的各种户内、户外、半户外单双色显示板，一卡多能任意设置。

2、 最大可控范围单色40960点，双色点数减半，并且内置3个08接口和3个12接口，可扩展到8个接口。

3、 显示功能：文字、图片、动画、时间、温度、倒（正）计时等。

4、 可用于制作门头屏、海报屏、车载屏和其它种各种型号的屏。

5、 设置锁屏功能，内置4组定时开关机时段，可任意设置使用。

6、 具有串口通讯功能。

根据不同需要，可以使用串口连接电脑，也可以使用U盘传递信息。使用U盘控制卡可省电脑、省布 线，可控十万点，一卡通。

控制系统

阵列式控制系统，LED全彩显示屏控制系统

“阵列式”控制系统由一块主控板、若干块副控板和安装在显示屏箱体内的若干个扫描板组成，相当于每个箱体中采用了一套控制系统进行控制，采用这种结构充分提高了显示屏的可靠性和显示的效果,在效果上提升的更加明显，很好解决了高档LED显示屏播放视频时换帧频率不高、灰度等级不足、色彩均匀性不好等问题。经科技局组织的专家委员会鉴定，该技术已经达到了国内领先、国际同类产品的水平。

此代控制系统的诞生又提高了元亨光电在屏体控制方面的技术优势，并使显示信号的处理技术得到进一步的改进。

采用了“阵列式”控制系统之后，首先，可以将显示屏的换帧频率由60Hz左右提高到120Hz以上，远远大于人的眼睛分辨能力，使人在观看时无任何频闪和水波纹现象出现，提高了显示的质量。

其次，可以将显示屏红、绿、蓝三基色的灰度级别从256级提高到1024级，使颜色更加鲜艳，色彩还原性更好，显示的图像更真实。

最后，采用LDVS信号进行传送，最大化地避免了信号的损失，使整个显示屏显示内容同步，提高了显示屏的一致性，整个显示屏无任何色差色块出现

采用技术

节能降耗

由于采用了阵列式控制系统，故能够有效降低控制系统用于产生灰度造成的显示屏亮度的损耗，据比较测算，传统的“集中式控制系统”的系统损耗在30%～40%之间，“阵列式控制系统”的系统损耗在8%～10%之间，控制系统损耗的降低，有利于提高显示屏的亮度，或者在同样的亮度条件要求下，降低显示屏的电流，从而达到节能降耗的效果。

集中式控制系统，由于控制范围大，为了保持一定的刷新率，不得不采用降低扫描次数，减低亮度来形成灰度；由于阵列式控制系统控制范围小，可以大幅提高扫描次数，亮度损失随之变小。阵列式系统的扫描次数，可以达到136场以上，而集中式最多能达到42场。

根据亮度损耗原理，计算表格比较如下：

一块200平方米的3906点/平方米规格的户外全彩色显示屏，如采用20mA的驱动电流，理论最大亮度可以达到15000cd/m2，如果要达到6000cd/m2的最大实际亮度，采用“集中式控制系统”，按照30%的系统损耗，则显示屏驱动电流为11.4mA/像素点，供电最大电流为607A；如果采用“阵列式控制系统”，达到6000cd/ m2的最大实际亮度，按照10%的系统损耗，则显示屏驱动电流为8.89mA/像素点，最大电流为474A，节能幅度达到21.9%。

按照平均功耗是最大功耗的40%计算，每天按照10小时使用时间，每年300天计算，采用“集中式控制系统”每年耗电量为160248度。采用“阵列式控制系统”每年耗电量为125136度，节约开支约35112元/年(按每度电1.0元计算)

单点检测

为提高屏体可靠性，增加维护的便捷性，元亨光电特研发出显示屏单点检测技术。通常LED显示屏出厂前对LED像素的检测是通过目测（即人眼观看其是否按调试程序发光），在长时间观看LED像素时，难免有一定视觉疲劳，漏判或误判，其工作效率也不高。使用屏体单点检测功能，只需运行相应程序，即可判断出像素的工作状态，从而进行修复，大大提高了屏体的可靠性。同时,随着LED显示技术的不断发展，超大型LED屏涌现市场。此类屏体一般安装位置较高，观看距离较远，为显示屏的检测工作带来不便。对每个像素点的判断往往只能根据人为判断，在运用单点检测功能后，维护人员可方便的查找出故障点的坐标，快捷更换。

亮度与色度校正

LED显示屏亮度色度均匀性问题一直以来是困扰业内人士的一大难题，一般认为LED的亮度不均匀可以进行单点校正，来改善亮度均匀性，而色度不均匀是无法进行校正的，只能通过对LED色坐标进行细分和筛选来改善。

随着人们对LED显示屏的要求越来越高，只对LED色坐标进行细分和筛选已无法满足人们挑剔的目光，对显示屏进行综合校正处理，使色度均匀性得到改善是可实现的。首先，由于LED自身的不同导致在一定水平上的亮度和色度是不一致的（例如：使用同样的电流点亮同一生产批次的两个绿色LED，亮度可能会有30%的变化，波长可能会有10-15nm的变化）。其次，使用一段时间以后蓝色LED变暗程度最大，红色最小，但是最大的问题是一段时间以后LED变暗程度不同。因此，即使LED屏在工厂内是一致性非常完美的，但随着LED的变暗，一致性也会丧失，在不停使用三年以后LED屏的不一致性将会被显著的发现。为此，使用世界先进的单色亮度与色度校正技术（也称之为：亮度与色度签名技术），用以解决由于不同颜色发光二极管衰减不一致带来的显色颜色不一致问题。

逐点校正系统是一套综合的能够为LED显示屏上每一个像素进行测量和校正的软、硬件系统，这一系统能为整个屏的每一个像素校正亮度和色度，使其达到一致的表现特性。

技术发展状况

LED显示屏后端控制原来使用常规的控制电路。随着控制技术的不断完善和控制芯片的应用,普遍采用LED专用集成电路,它可根据LED显示的特点,对灰度及每个像素进行控制及调节,这就使得显示亮度和色彩效果都有了较大的提高、由于技术水平和造价等方面的原因,LED控制芯片产品主要掌握在国外手中,如Maxim、Agilent、东芝等。与此同时,中国国内也有一些厂家研制并生产LED显示屏控制电路,如北京利亚德、郑州中显等,但由于性能因素,推广使用尚有待时日。

实际上对于LED显示屏控制系统来说,控制器的研究是核心问题。显示屏技术的发展给提供了更好的显示效果,人们越来越喜欢这种信息的发布方式,因为它大大促进了人们的生活便利,这就反过来促进了控制器的发展。显示的内容越来越丰富,促使着控制器向着性能更高、更灵活的方向迈进。

除了LED显示技术本身的发展,随着网络技术的不断进步和实际应用的需求,网络型、智能型LED控制技术也出现了新的发展势头,这就对传统的一台微机控制一个或多个LED显示屏提出了新的挑战。由于LED显示屏控制技术与网络技术原来是彼此独立的,要把二者结合起来，实现LED显示屏的网络集群控制,开发出符合网络系统协议与规范的相关的软、硬件，这在今后还要有比较长的一段路要走。

对于LED显示屏控制器来说,也经过了几个阶段位：8位微控制器-16位微控制-DSP方式-32位微处理器-FPGA的方式。

LED显示屏控制系统的核心是屏体的显示控制器,广泛采用的是单片机+DPS、工控机或嵌入式工控机以及单片机+大规模可编程器件。对FPGA方式的研究开发,将会给显示屏控制器带来更多的发展活力,因为此方式在其内部可以构造微处理器,并能把更多的片外设备集成到片内。

发展趋势

采用光端机和光纤作为通信的媒介,比起电缆连接需增加的防雷措施和电缆不可靠带来的维护工作,还是更有利一些。

基于网络的传输特性,可方便地对单个LED显示屏控制器进行远程管理、维护、升级。功能也更丰富,实用,安全性也更高。而串口模式成本会高,况且一个通信服务器出故障后所有对应的LED控制器就都不能运行。

硬件采用可编程的嵌入式平台,以保证其稳定性和灵活性。利用硬件描述语言,构造出需要的32位的CPU,这既保证了性能,也为以后的应用提供了灵活性。主频至少33M甚至66M以上。另外,设备内存和非易失存储器空间也应足够大(8-16M以上)。而一些单片机虽也可实现部分的网络功能,但由于速度慢,性能较差。

软件平台具备网络能力,需要支持TCP/IP协议无线通信能力,支持GPRS、GSM、CDMA或者FM等协议。一般都会采用操作系统,常用的操作系统包括VxWorks、uC/Osll、Linux 、WinCe等。

控制设备具有网管系统和支持WEB服务,操作员使用浏览器可以远程监测和控制,进行维护和故障诊断。在通信出现故障时,维护人员在现场可以用笔记本电脑,使用网口、串口进行数据提取和诊断。

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