毕业论文-遥控LED广告牌.doc

XXXXXX学院毕业论文题 目 遥控LED广告牌 学 生 XXXXXX 学 号 XXXXXX 专业班级 06电气自动化 系院名称 XXXXXX学院工业工程系 指导教师 XXXXXX 二九年六月二十日目 录任务书2开题报告4工作进度表5检查登记表6正文7摘要71.绪论82.系统方案82.1方式选择82.1.1无线遥控方式82.1.2数据编码方式82.2图像点阵抽取和移动算法82.3系统框图93.硬件配置93.1上位机103.2手持发射机103.3接收机和显示模块114.软件结构124.1上位机主控程序124.2发射机主控程序124.3接收机主控程序134.4备份数据库154.5升级与数据库的更新155.性能测试156.结束语16参考文献16评审表17XXXXXX学院毕业论文（设计）任务书电气自动化 专业 06 年级2009 年 03 月 16 日批准专业负责人： XXXXXX发放经手人： XXXXXX1、毕业论文（设计）题目： 遥控LED广告牌2、学生完成全部任务期限： 2009年6月20日3、任务要求：1、进程要求1）提出选题的初步设想。2）搜集、整理与毕业设计或论文有关的、充分的、准确的信息资料，扩充查阅范围。3）分析、筛选已有的信息资料，提出研究设想与计划。4）向指导教师提出开题报告（见附页）。5）构思论文框架，编写论文提纲，撰写论文初稿。6）提请指导老师审阅，并根据老师的指导意见做进一步修订，装订成册。2、成果要求1）毕业设计应提交设计图纸和相应的说明书。图纸须规范、完整、清晰、正确，格式符合国家标准的要求；说明书须规范、详实，应包括：任务书、开题报告、正文（摘要、正文内容，结语，参考文献）、附录等。书写认真、清楚，字数不少于8000字。主要包括：2）毕业论文应包括：任务书、开题报告、正文（前言、摘要、关键词，正文内容、结语、参考文献）、附录等；书写认真、清楚，字数以15000字左右为宜。4、实验（调研）部分内容要求：（1）实验内容与论文题目一致，数据真实。（2）调研内容详实，调研结论应具备普遍性。5、文献查阅及翻译要求：（1）参考文献应与论文内容相一致。（2）参考文献不少于8篇。（3）参考文献的格式参考XXXXXX学院毕业论文格式要求。（4）翻译文献应与原文内容一致。6、发出日期： 2009年3月18日指 导 教 师：_XXXXXX （签名）学生：_（签名）毕业设计开题报告姓 名XXXXXX班 级06电气自动化学号XXXXXX课题名称遥控LED广告牌课题综述（选题依据及可行性）： 提出了通过手持发射机遥控LED广告牌的新方案，讨论了高稳定性无线数字通信的系统方案，分析了图像点阵抽取和移动算法、信源编码译码、高频发射接收、单片机控制及馈电系统等关键技术，给出了硬件结构框图和软件流程图。实验结果表明，整机性能可靠，使用方便，性价比高。实施方案（资料准备、数据获取、实施步骤、保障措施）：提出毕业设计或论文选题的初步设想。搜集、整理与毕业设计或论文有关的资料，提交开题报告(见附页)。完成毕业设计或论文的初稿，交指导教师审阅，设计图纸、说明书、毕业论文的修改完善，并提交给指导老师。进度计划（按3月20日6月20日分配时间）：3月20日30日：提出毕业设计或论文选题的初步设想4月1日5月10日：搜集、整理与毕业设计或论文有关的资料5月10日15日：编写论文提纲，撰写论文初稿5月16日23日：提交开题报告(见附页)5月24日29日：完成毕业设计或论文的初稿，交指导教师审阅5月30日6月15日：设计图纸、说明书、毕业论文的修改完善，并提交给指导老师6月16日20日：在老师的指导意见做进一步修订，装订成册指导教师意见：签 名：日 期：2009年 月 日XXXXXX学院毕业论文（设计）工作进度表学生姓名：XXXXXX 学号：XXXXXX专业年级：06电气自动化指导教师： XXXXXX 论文（设计）题目： 遥控LED广告牌序号日期工作安排要求1.3月20日30日提出毕业设计或论文选题的初步设想符合实际2.4月1日5月10日搜集、整理与毕业设计或论文有关的资料内容资料准备充分3.5月10日15日编写论文提纲，撰写论文初稿书写认真，清楚4.5月16日23日提交开题报告(见附页)全面，具体，合理5.5月24日29日完成毕业设计或论文的初稿，交指导教师审阅内容合理6.5月30日6月15日设计图纸、说明书、毕业论文的修改完善，并提交给指导老师内容正确，合理7.6月16日20日在老师的指导意见做进一步修订，装订成册全面，具体8.7月3日9日毕业设计（论文）答辩认真准确XXXXXX学院毕业论文工作指导、检查登记表学生姓名： XXXXXX 学号： XXXXXX 专业年级：06电气自动化 指导教师： XXXXXX 论文（设计）题目： 遥控LED广告牌 序号日期指导、检查内容学生签名1234567注：日期和指导、检查内容由指导教师填写。遥控LED广告牌摘要：提出了通过手持发射机遥控LED广告牌的新方案，讨论了高稳定性无线数字通信的系统方案，分析了图像点阵抽取和移动算法、信源编码译码、高频发射接收、单片机控制及馈电系统等关键技术，给出了硬件结构框图和软件流程图。实验结果表明，整机性能可靠，使用方便，性价比高。关键词：LED广告牌,无线遥控,编码译码,抽取和移动算法,码分多址1.绪论信息时代信息的重要性不容质疑，信息的价值主要在于它的真实性和瞬时性，传统的LED广告牌已经不能再最大限度的满足日益加快的现代社会生活节奏和日趋激烈的商业竞争需求.LED广告牌是面向公众重要的信息显示终端，而大多数传统的LED广告牌由于技术和生产工艺的限制，其显示的信息大都是事先固化加工在系统中的，不具有可编辑性，极大的影响了用户信息的及时更新，从而失去了信息的实时性。而现代社会竞争中，信息就是金钱，信息就是生命。信息的更新受到了制约，企业商业的利益往往就要受亏损。即或有的LED广告牌称能够与计算机相连来解决LED广告牌信息不能刷新的弊病，但由于传统加密技术的过于简单化制约，迫使通过计算机来刷新LED广告牌信息的手段不得不采用闭路线的方式来抵御外界的信号干扰。这样虽然某种程度上解决了信息刷新的问题，但由于有线连接，为系统安置的随意性带来了极大的不便。特别是对业务面广客户多的广告公司来说，给系统的实时更新和维护带来了诸多不便，以至不能在日趋激烈的市场竞争中处于有利地位。近年计算机技术与加密技术的长足发展，使LED广告牌的遥控技术成为可能，认真分析了国内外成熟系统，总结其先进经验、理念和技术，并充分吸取既有系统建设和实施的成功经验，在此基础上提出手持发射机遥控LED广告牌的新方案实现了对广告牌内容及显示方式的灵活改变，提供全方位、方便、快捷多媒体信息发布的服务。方案以PC机为上位机，发射机和接收机均以单片机为核心元件，具有较高的性能价格比。2.系统方案2.1方式选择2.1.1无线遥控方式无线遥控系统保证控制计算机的显示内容、控制信息准确无误地长距离传输到LED屏上，并且将显示屏的相关工作状态回传手持发射机，利用系统集成的思维方式来规划。对比常用的无线传输方式（声波（超声波），光波（红外线）和电波）的利弊。特选用电波，因为电波传输具有如下优点：1）传输距离比另两者（声波和光波）远得多。2）可用的元器件种类丰富，性能也很好，价格便宜。3）技术更为成熟。因此，本系统采用电波传输。即信息在手持发射机和接收机之间，靠无线电波传送。高频无线发射及接收模块的性能直接影响到遥控距离与通信质量，经过多方调查论证，本系统采用一体化发射、接收模块。其优点是频率一致性好，免调试。通讯系统对传输的信息进行编码解码处理，进行长距离传输和接收数据处理。通讯系统将显示信息传送到数据分配和扫描单元上，通讯系统拓扑结构如图1所示：图1 通讯系统拓扑结构2.1.2数据编码方式信源的编码和译码在无线通信中是至关重要的，充分考虑系统对信息安全的需求，提高信号传输的可靠性和有效性。本系统中要传输的信号是图像的点阵数据，其特点是数据量大。传输和接收数据的好坏，直接关系到显示终端上显示信息的正确与否。广告牌是置于户外的，其干扰源很多。所以，在本系统的设计中，编码、解码的可靠性和抗干扰性是设计成败的关键。本系统从无线通信理论入手，对编码解码技术及其对系统的影响做了深入的研究，经反复比较，最后选用适合本系统的编码解码专用芯片。该模块还利用码分多址技术进行数据编码解码，最多可提供531 441（312）个地址码，可以彻底消除任何码址冲突和非授权编码数据的干扰。2.2图像点阵抽取和移动算法图像点阵的抽取是利用算法计算出在图像源数据库中的偏移地址，从而取出相应的点阵数据，生成新的显示数据。抽取算法的正确与否直接关系到显示图像的正确性。而图像移动则是利用算法计算出下一帧数据在显示点阵数据库中应叠加的偏移地址。移动算法的正确与否直接关系到动态图像或者文字与背景的同步性和现场效果，特别是对于彩色显示屏尤为重要。2.3系统框图提供一个高度集成、同步控制的户外显示应用系统，在本方案中，我们将全彩色LED显示屏通信、控制以及所有信息处理集成于一个系统内，各功能子系统可实现同步联动。并可通过强大的通用接口，将原有显示屏系统挂接进来，实现同步控制。系统物理结构上由显示控制系统、通讯系统、供电系统和LED显示屏构成。系统组成结构如下图2所示：图2 系统组成结构整个系统由三个相对独立的子系统组成，即上位机、手持发射机、接收机和显示屏系统。其结构框图如图3所示：主控机手持发射机显 示 屏接收机图3 系统总体结构图上位机的任务是完成显示信息的录入和编辑，再经过点阵抽取和移动算法将显示信息转换为LED显示屏对应的点阵数据，并通过PC机的串行口将点阵数据转存到手持发射机中。手持发射机的作用是将上位机传来的点阵数据和面板键盘上接收到的命令经编码、调制后，以码分多址通信方式转发给户外的用户群，并可现场设置和调试显示屏的显示格式。接收机将接收到的高频信号经放大整形、解调译码后，再并行输出给单片机，由单片机对接收数据进行识别、转存，实时改变显示方式和显示内容，并驱动LED显示屏。3.硬件配置系统硬件主要有三大部分，即上位机、手持发射机、接收机和显示模块。3.1上位机上位机直接选用通用PC机，这主要是考虑到PC机处理指令能力很强，标准应用软件丰富，接口有很强的通用性，基于PC机的程序有很强的兼容性和可移植性，性价比高。由于上位机系统要完成显示信息（图像和文字）的录入、编辑及动画效果设计，因此，除了中心PC机外还必须配备相应的输入外设，例如扫描仪、摄像头、键盘等。网络（INTERNET）接口也是必不可少的，这样可以实现信息的远程下载和广告系统的网络化管理。上位机系统的组成如图4所示：输 出 外 设Inter netPC机串 口 输 出输 入 外 设图4 上位机系统配置框图3.2手持发射机发射机由单片机、键盘、编码器、发射器、串行通信接口和UPS供电系统组成，其结构框图如图5所示：串行通信键盘UPS供电单片机编码调制发射图5 发射机结构框图单片机的作用是将PC机传来的图像点阵或自身EPROM中的图像点阵暂存在发射缓冲区RAM中，再根据键盘的命令串行发送至编码器。单片机选用的是ATMEL公司的89S52，该芯片运算速度较快，性能稳定，且价格便宜。键盘用于设定图像移动速度、显示模式和发射的通信协议。编码器是本系统的关键部件之一，决定了通信的可靠性。它的功能是接收单片机的数据，按设定的格式进行编码，再串行输出到发射器。经过比较，我们选用了码分多址串行编码专用芯片。该芯片的主要特点有CMOS技术，低功耗，非常高的噪声免疫性（多帧同步），最多12位3态地址引脚(最多可提供312个地址码)，最多6位数据引脚，大范围的工作电压，单电阻振荡器，输出形式可设为锁存或瞬态。发射器的作用是将编码后的数字信号调制到高频载波上，再经功率放大后发射出去，它决定了手持发射机的无线遥控距离。本系统选用了调制、驱动和发射一体化模块。该模块采用声表谐振器稳频，SMT树脂封装，频率一致性较好，免调试，特别适合多发多收无线遥控及数据传输系统。而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。采用UPS供电是为了保证手持发射机在户外工作时，发射缓冲区RAM中的数据不丢失。因为，发射缓冲区需要暂存的图像点阵数据量很大，若采用超大容量的非易失性存储器，如E2PROM，FLASH及FRAM等，不仅成本高，而且采购困难，所以系统选用了普通RAM作为缓冲寄存器。3.3接收机和显示模块接收机和显示模块由接收器、译码器、单片机、显示驱动、LED屏及供电系统组成，其结构框图如图6所示： 供 电 系 统接受解调单片机LED屏译码驱动图6 接收机结构框图接收器将接收到的高频信号经放大整形后解调出数字编码信号。我们选用了与发射模块相对应的接收解调一体化模块。该系列模块采用超外差、二次变频技术，并将所有的射频接收、混频、滤波、数据解调、放大整形电路全部集成在模块内，功能高度集成化，免去射频频率调试及超再生接收电路的不稳定性，具有可靠性高、频率稳定、接收频率免调试等特点。译码器将数字编码信号译码，再并行输出给单片机。我们选用的是与编码相对应的码分多址串行解码专用芯片。单片机负责接收数据的识别、保存、显示方式转换。单片机选用了ATMEL公司的89S52，通用性好，性价比高。显示模块用于显示广告信息。该模块包括LED显示屏和显示驱动板，自带显示缓冲区，并以动态扫描方式驱动LED显示屏，具有功耗低、亮度大等特点。显示屏可显示各种视频、图形、文字，显示效果稳定、清晰、可靠，无盲点和常亮点等显示漏点率低于万分之一。显示屏采用模块化设计，整个屏幕可由多个模块拼装而成，屏幕大小没有限制，可根据客户需要任意定制，各模块间可互换，给维护带来极大方便。显示材料采用高亮度发光二极管。像素间点距均匀，模组间拼缝小于1mm，发光亮度均匀、色度均匀（同一颜色无色差），在室内各种环境下均达到极佳的显示效果，也可用于室外非阳光直射的环境。显示屏内部装有光电隔离装置。电磁干扰防护：所有电路板经过涂抹电磁屏蔽材料，可防止电磁干扰信号对控制电路的影响。显示屏线路板进行了防潮、防腐处理，以增加产品的可靠性和系统的使用寿命。接收显示系统的供电电源没有特殊要求，但要留有相当裕量并注意通风散热，因为，很多LED广告牌引起的火灾都是由于供电系统造成的。4.软件结构本系统的软件主要由三大模块组成，即上位机主控程序、发射机主控程序和接收机主控程序。满足现有的应用需求，并对未来需求提供良好的扩展能力相比普通的文件管理，基于数据库的文件管理其实只是多了一个用于集中管理的索引信息表借助索引信息库，由系统管理员统一地为我们服务，才能有效地在最短时间内获得需要的信息。数据库中的信息列表和数据库服务系统可以准确的找出视频节目存放的物理位置，只有这样一个统一而有序的数据管理体系，才有可能胜任日益庞大的媒体资源的管理工作。在我们的非编系统中，提供有二个非常重要的数据库文件：DYNETMANAGE.MDB和DYCOMMONDATA.MDB，分别存放用户信息和系统信息，放置在C盘根目录下。软件安装过程会自动完成ODBC配置，配置目的在于将二个库文件与软件程序有机结合起来。如果这二个库文件遗失或受损，会直接影响到系统的启动和正常运行。软件安装还会帮助您完成系统路径的创建工作，前提条件是保证E盘分区存在。安装向导会在E盘创建XEDITCLIP文件夹，并在其中创建一系列子文件夹，命名为“HIGH”、“LOW”、“AUDIO”、“OUTPUT”等等，分别存放非编中用到的不同媒体资源，例如采集的高画质视频会存储到“HIGH”路径下，双路采集的低画质素材会存储到“LOW”路径下，而音频会存储到“AUDIO”中，这种分类存放的管理方式可以方便我们对数据文件的查找。当然，我们可以通过系统中的“用户管理”模块，随时更改或创建新的系统路径。在安装了非编软件，配置好ODBC，并建立起系统路径后，我们就可以启动XEDIT进行节目制作了。期间的数据文件会按照既定的规则，通过数据库中定义的路径信息，正确存取于磁盘中。4.1上位机主控程序上位机主控程序实际上包括显示信息生成程序、显示点阵转换程序和串口通信程序，是三大主控程序中结构最复杂的一部分。显示信息生成程序完成显示图像和文字的录入、编辑及动画效果设计。该程序首先采用DOS平台下的主控程序与底层通信软件结合，通过串行及并行通信口完成用户对源文件、INTERNET接口及其他输入设备的多参数录入。在此基础上用Visual C语言设计了主控软件，生成动画，并通过界面和对话框的形式实现了对整个上位机系统的可视化控制。显示点阵转换程序就是将生成的显示信息通过点阵抽取和移动算法将显示信息转换为LED显示屏对应的点阵数据。对于彩色显示屏，需要将图像信息的RGB三基色数据分别抽样，并分块存储、顺序转发；对于连续的动画图像，要按帧分别计算偏移量，关键是背景图像与动画文字要同步。该部分的软件是在TURBO C3.0的环境下编写的。串口通信程序则较为简单，附属于点阵转换程序中。限于篇幅和技术原因，这里仅以PC机汉字抽取发送程序为例，叙述其原理和结构。设终端显示屏所显示的是16×16的汉字点阵。所以，要想在终端上显示广告信息，必须将该信息所包含的汉字的点阵数据传到终端上。在TURBO C3.0中，将汉字赋值给一个变量时，实际上是将该汉字的区位码赋值给这个变量。通过用UltraEdit32以二进制的形式，观察DOS的汉字库文件chs16.fon，发现汉字是以点阵的形式存储的。每个汉字都是16×16的点阵，笔划经过的地方为“1”，其余为“0”。这样，按从上到下，从左到右的顺序，一个汉字由256个点组成，也就是32个字节。汉字按区位码的顺序排列在汉字字库中，区码为行，位码为列，一区有94位。这样，某汉字在汉字库中的偏移地址为（区码×94位码）×32。取出后的32字节汉字点阵，经由PC机的串行口送入到发射机中。4.2发射机主控程序发射机主控软件的功能是通过串行口接收上位PC机发送来的图像点阵，读取键盘命令，并向编码器串行发送操作命令或显示数据。该部分的软件是在Keil C51环境下编写的，它可以将C语言直接翻译成汇编语言，生成二进制码写入单片机，这样编写效率高一些。程序是依靠中断方式来工作的，开机后等待串行口和INT0的触发。当串行口触发，则表明PC机有图像点阵数据传来，单片机立即接收点阵数据存于RAM中；当INT0触发，表明键盘有动作，立即接收键值判断命令的类别，并向接收机发送图像点阵数据或者操作命令。其功能流程如图7所示：开 始设定通信协议与桢格式是否有键盘按下判断键值发送控制命令发送数据图7 发射机主控程序流程4.3接收机主控程序该部分软件的功能是完成对接收数据的识别、存储、变换和显示驱动，并可实现本地本机的自检，显示固化图像。当接收装置的译码芯片有输出时，单片机就中断当前的显示，接收标志字，然后判断此标志字的内容，确定将接收的是图像点阵，还是操作控制命令。若是点阵数据，就将其连续接收存放到一个显示缓冲数据库中，按当前的方式显示。若是命令，则立刻改变显示方式，其中，关键的是图像上、下、左、右移动的实时实现。接收机主控程序的功能流程如图8所示：开 始循环演示维持当前显示是否有接收命令更改显示方式更改显示内容数据否图8 接收机主控程序的功能流程4.4备份数据库D POWER数据库的备份虽然重要，但操作起来异常简单，您只需要定期将C盘根目录下的二个库文件复制到其它磁盘分区的安全位置即可。此外，在非编软件进行卸载重装或升级之前，数据库备份也是非常必要的，毕竟数据库中存储着您所有节目及素材的全部信息。4.5升级与数据库的更新系统软件安装会自动配置ODBC。其实安装向导首先会检测C盘根目录下是否存在用户的二个库文件，不存在会视为全新安装，在C盘根目录下创建空白库并配置ODBC；如果检测库文件存在，会给出提示是否覆盖，如果您希望保留原来的节目和全部信息，您务必选择“否”，否则数据库将被清空，信息无法挽回。5.性能测试系统功能及参数测试结果如下：5.1 图像录入功能扫描仪、摄像头、数码相机、图像源文件。5.2 文字录入功能键盘、WORD/TEXT源文件。5.3 动画设计功能文字或图形相对于背景移动、缩放。5.4 发射机设置功能接收机序列号、图像移动命令、自检命令、发射命令。5.5 接收机自检功能显示蓝草坪背景和“欢迎光临”移动字符。5.6 发射机待机时间120 h。5.7 发射机遥控距离250 m。5.8 发射机缓存空间8 MByte。5.9 LED显示屏320×640 DIP。6.结束语整机性能测试及鉴定结论如下：1）通过手持发射机遥控LED广告牌，方案新颖，实用性强，具有较高的市场推广价值。2)硬件配置科学，性能稳定，性价比高。3)软件结构合理，功能强大，使用方便。参考文献1吴秀清微型计算机原理与接口技术M合肥：中国科学技术大学出版社，1996.P143-2012陈西文I/O接口程序设计入门与应用M北京：机械工业出版社，1996.P82-1373钱能C程序设计教程M北京：清华大学出版社，1999.P97-1314何立民单片机应用系统设计M北京：北京航空航天大学出版社，1992.P56-745徐爱钧单片机高级语言C51应用程序设计M北京：电子工业出版社，2000.P143-1756张迎新.单片微型计算机原理、应用及接口技术M.北京：国防工业出版社，2004.P156-1977王幸之.AT89系列单片机原理与接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社，2004.P40-838何利民.单片机高级教程M.北京：北京航空航天大学出版社，2000.P92-1219郭强.液晶显示应用技术M.北京：电子工业出版社，2000.P56-78XXXXXX学院毕业论文（设计）评审表学生姓名XXXXXX专业年级06电气自动化学号指导教师XXXXXX论文题目遥控LED广告牌指导教师评语 初评成绩： 指导教师： 年 月 日答辩情况答辩小组成员答辩记录： 记录人：年 月 日答辩评语： 答辩成绩： 答辩小组负责人： 年 月 日总评成绩 系学术委员会主任： 年 月 日（盖章） 注：如内容较多，表格不够填写，可另加附。19