花卉交易市场户外全彩显示屏实施方案.docx
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花卉交易市场户外全彩显示屏实施方案
(3906点/m2像素)
贵阳市农业局
二○○七年四月二十六日
一、户外全彩LED显示屏概述
二、户外全彩LED显示屏方案确定
三、对户外全彩LED显示屏的操作进行培训,
四、户外全彩LED显示屏工期要求
五、质量保证措施
六、安装服务、售后服务要求
七、户外全彩LED显示屏技术参数
八、设备清单及预算
一、户外全彩LED显示屏概述
随着我国经济的不断发展,LED显示屏已在我国得到了广泛的应用,尤其是近两年来户外大屏的广泛应用。
LED大屏(尤其是户外大屏)不同于一般的电子产品,LED大屏是由诸多LED发光二极管通过矩阵方式组合而成。
由于须对每个发光管进行数字化处理控制,因而大屏的控制电路部分较复杂。
因而选择大屏制造商是较关键的,非专业生产厂家或非专业技术人员都无法进行承制和售后维护修理。
室外屏具有显示面积宽、色彩绚丽醒目、显示内容丰富生动、反映速度快、故障率低等特点,相比磁翻板、霓虹灯等室外媒体工具,在发布信息、宣传、广告、通知等具有明显优势,颜色可选择单色、RG双基色、或RGB三基色,像素可选择φ10、φ13、φ16、φ19、φ26。
二、户外全彩LED显示屏方案确定
设计方案:
全彩视频屏LT3906-2R1G1B(1024),即为室外三基色(2红1绿1蓝)、显示屏密度15624点/㎡、实际点密度为3906点/㎡、1024级灰度视频屏。
全屏像素点数为464×248点(DPT:
928×496);屏体显示面积为7.43米×4.00米=29.72平方米。
(长29个单元箱、高31个单元箱。
单个单元箱长为32点、高为16点)。
户外显示屏安安装效果示意图
下面就上述方案给予一套完整的说明,它共包括了11项基本内容。
1、系统需求分析与实现目标
1.1需求分析
根据本设计方案的要求,重点保证如下几点:
◇显示屏亮度值大于10000CD/M2,该项指标是适宜的,可以适应户外白天光线条件下全天候播放显示;
◇在设计方案中,方屏体的实际象素密度为3906点/㎡,并采用了象素共享技术,使显示象素密度为15624点/㎡。
使其获得更好的图像表达力;
◇显示屏必须具有高可靠性和良好的安全运行保证措施,能够长期稳定地工作;
◇充分体现户外屏应用的行业特殊性,软件符合全要求规范,使用方便,可升级性好;
◇控制系统及显示屏体易于维护;
◇整个系统易于管理,运行成本合理,具有良好的可扩充性。
1.2系统实现目标
本项目有两个重点:
1)它是一套户外全天候显示系统;2)它是一套高性能的全彩多媒体视频显示系统。
作为一套优秀的户外全天候显示系统,其重心是质量稳定、操作简便、功能齐全。
全彩多媒体视频屏显示系统是一个集光、电、机于一体的高智能化系统,其系统的好坏决定了系统的再现能力和纠偏能力。
再现能力反映的是显示系统显示效果的逼真度,它与白平衡、色偏差、灰度级等一些光电参数有直接关系;纠偏能力反映的则是显示系统在外界环境变化的影响下,保证其原有的显示效果,其光电参数不发生偏移的能力。
为提高显示屏的像素表达力,设有DPT(像素分解)控制技术开关,若选用其功能,可以将屏幕的像素表达力直接提升到4倍,从而获得更好的图像表达力。
以上两个方面,是本系统设计的主要实现目标。
1.3系统功能说明
总体设计目标是,把本系统设计成为适应能力强的专业化、智能化的多媒体专用显示系统。
该系统应具备图像文字显示、立体声响、远程编辑控制等基本功能。
1.3.1灵活多变的显示功能
本屏采用了多媒体和同步控制技术,其显示与播放可与控制计算机屏幕上的内容完全一致,LED显示屏上的图像色彩、缩放比例和显示尺寸,还可通过鼠标在计算机上随意调整。
具体功能如下:
◇文字显示可以任意点阵显示中英文各种字体,有多种显示进入和退出方式,显示变换灵活。
◇表格显示可绘制各种表格进行显示,表内数据既可利用编辑软件人工输入和更改,也可通过编制专用软件,从网上指定的数据库中自动采集显示。
◇图片显示可将各种山水、人物图片放到屏上显示。
◇动画播放可显示由动画软件制作的图文动画内容。
◇视频播放接入VCD/DVD、录像机、摄像机等视频信号源,屏上可显示视频画面;接入闭路电视信号,屏上便可收看各频道的电视节目。
◇组合显示利用编辑软件可将文字、图片、表格、动画和视频进行组合、迭加显示。
◇时间显示可采集计算机内的当前时间,并适时分幅显示,内容可包括:
年、月、日、星期、时、分、秒等。
◇温度显示接入温度传感器,显示屏可适时分幅显示当前温度。
1.3.2赏心悦目的音响功能
可直接与播放音响系统相联,实现有声显示。
音频系统可以达到现场声像同步的要求。
1.3.3特有的环境监测与安全保护功能
◇屏体内温、湿度的测试与调控功能
◇环境亮度监测与屏体亮度的调节功能
◇防静电技术的采用
◇配电系统具有过压、过流、欠压、缺相、短路保护功能,并具备功率因素补偿功能
1.3.4先进的局域网编辑与控制功能
◇可实现局域网的编辑与控制
◇可实现网络群控
2系统构成
LED显示屏系统由显示系统、控制系统、多媒体配套设备系统
;控制机是P4微机,在本系统中起控制显示屏显示所需要的软件、显示内容、操作键盘控制软件均存储于此机器中;控制机置于机房中。
2.1显示系统
显示屏体:
LED发光器件组成的可控显示板(显示单元和灰度系统构成)。
结构骨架:
屏体支撑部分,含显示单元固定架、外框架和维护架等。
2.2控制系统
该系统由P4计算机、多媒体卡、控制卡等构成,主要用于显示数据的编辑、处理与分配,并控制显示屏的显示。
控制计算机:
P4主机、内存大于128M、硬盘大于40GB。
多媒体卡:
TL2000视频卡。
控制卡:
lt2000-RGBA6。
控制软件:
多媒体播放软件、导播软件等。
2.3编辑系统
编辑系统的作用是完成显示屏显示内容的整理、编排和设计。
编辑完成后的显示内容,须由编辑系统送入控制系统才能进行有效的时间播放。
编辑计算机:
主机P4、内存大于128M、硬盘大于40GB。
编辑软件:
LED显示编辑软件、多媒体制作软件等
2.4多媒体配套设备系统
该系统由视频输入、图文输入和音频输出等一些设备构成,主要用于显示数据与声音的采集、发生等。
视频设备:
摄像机、录像机、VCD/DVD等;
图文设备:
扫描仪、数码相机等;
音响设备:
音频功放、音箱等。
3系统显示控制电路设计
3.1系统电路原理
原理图如图3.1所示。
发光管显像
显示信号源
主控电路
数据处理与分配
LED显示驱动电路
信号转换与发送
屏体控制系统
图3.1系统电路原理图
LED显示屏显示控制系统由主控电路、数据分配电路、LED恒流驱动电路三部分组成。
由主机控制电路产生相应的控制信号,并将来自计算机显示卡的显示数据存储到帧存储器中,然后将显示数据传输到数据分配电路。
显示数据通过数据分配电路在读出逻辑的控制下送到各个LED恒流驱动电路,在LED屏幕上正确地把图像显示出来。
显示控制系统采用了FPGA、CPLD可编程技术来实现显示过程的逻辑控制,这种在线可编程设计,使整个系统的升级和维护更加方便和容易,而且大大提高了控制系统的可靠性。
3.2全彩屏色彩的实现方法
全彩屏又称三基色屏,其发光像素是由红、绿、蓝三种基色的LED发光二极管组成。
用InGaN(480nm)蓝、InGaN(515nm)绿和ASALGaAS(637nm)红LED灯作为LED显示的三基色,可以提供逼真的全色性能,而且具有较大的颜色范围。
3.2.1256级灰度实现描述
采集/发送子系统以每秒不少于60幅的帧频采集经GAMMA子系统变换输出的24Bits真彩色信号,并以双存贮器交替工作的方式平稳地写入到自带的显示缓存中,在中心处理单元的控制下完成灰度的权值变换,通过LVDS差分至超五类双绞线通道上。
接收/灰度处理子系统自超五类双绞线上接收24Bits真彩色信号,权值分别为20、21、22、23、24、25、26、27,每个基色有八个权值分量,通过CPLD控制,送至恒流驱动单元板从而实现256级灰度控制信号。
采集/发送子系统采用的主控芯片MC为美国Lattice公司的CPLD器件ispMACH4A5-128/64-10YC,封装形式为100PQFP。
它通过来自计算机的帧同步信号NVS、行消隐信号NBLK、点时钟CLK产生地址控制逻辑,逐点采集24Bits真彩色信号并写入到交替工作的存贮器中,该存贮器芯片选用IDT71024-12或相兼容的美国ISSI的IS61C1024-12J。
当帧同步信号NVS负跳变时,主控芯片MC产生存贮器交替控制信号,将刚写入的最新一帧的真彩色信号进行灰度的权值变换,通过UR0、UR1、UG0、UG1、UB0、UB1(MC3487或DS90C031B)差分至超五类双绞线上,并由UC0(MC3487或DS90C031B)差分输出变换后的帧同步信号ONVS、点时钟OCLK、行消隐信号ONBLK和内部同步信号AD0。
接收/灰度处理子系统通过URO、UR1、UG0、UG1、UB0、UB1(MC3486或DS90C032B)自超五类双绞线上接收变换后24Bits真彩色信号,其主控芯片F1亦采用美国Lattice公司的CPLD器件ispMACH4A5-128/64-10YC,封装形式为100PQFP。
它通过来自采集/发送子系统变换后的帧同步信号ONVS、行消隐信号ONBLK、点时钟OCLK产生地址控制逻辑,逐点采集24Bits真彩色权值信号并写入到交替工作的存贮器中,该存贮器芯片选用IDT71024-12或相兼容的美国ISSI的IS61C1024-12J。
当内部同步信号AD0跳变时,主控芯片F1产生存贮器交替控制信号和电子显示屏行列地址寻址信号,将刚写入的最新一帧的真彩色信号进行电流等效化,逐点逐线地送至恒流驱动显示单元板上,从而完成一个24Bits真彩色画面的完整显示和刷新过程。
三种基色各级灰度的不同组合能产生的颜色数为:
1024×1024×1024种颜色(即1024M色)
各基色灰度与混色效果的表现,如图3.2所示:
3.2.2色坐标校正
由于电视信号是为满足电视机的发光特性和电特性而设计的,如果对电视信号不作较正,就会产生严重的色彩失真。
因此对输入的视频信号前端需进行校正。
3.3控制系统实现的功能
本控制系统有效地实现了如下功能:
◇长线接收:
完成远距离的数据接收,有效消除干扰及共模噪声,保证数据接收的正确性。
◇时序控制:
产生系统所使用的各种时序信号非线性调整:
完成数据的非线性曲线调整,在系统中为2次γ校正。
◇灰度编码:
完成从1024级灰度中同步抽取,保证真正24位真彩效果。
◇亮度控制:
接收外部送来的控制命令,调整显示屏的亮度。
◇行列译码:
选择本控制系统控制行列范围。
4、屏体设计方案及其相关参数设计
针对全彩色视频显示屏提供如下方案(供参考):
方案:
设计草图
全彩视频屏LT3906-2R1G1B(1024),即为室外三基色(2红1绿1蓝)、点密度3906点/m2、1024级灰度视频屏。
室外全彩单元箱体,29×31(H×W)
×15
×12
室外全彩视屏(3906点/㎡)
4.00m
7.43m
S=7.43m⨯4.00m=29.72m2整屏显示象素464×248点(DPT:
928×496)
4.1发光像素
设计方案:
3906点/m2
2红1绿1蓝
◇像素构成:
◇像素密度:
每平方米3906点(DPT:
15624点),间距16mm
◇技术参数:
发光管
平均亮度
水平视角
中心波长
红
0.44cd
100°
625nm
绿
1.54cd
100°
525nm
蓝
0.42cd
100°
470nm
◇单元组成:
显示模块、驱动板、电源等。
◇单点控制方式:
静态锁存
◇单元板尺寸:
0.512米×0.256米
◇单元板点数:
32×16(DPT:
64×32)
◇通讯线的型号规格:
屏蔽五类双绞线
◇晶振的型号规格:
40.000M
◇接插件的型号规格:
20/40/50双排针
◇CPLD的型号规格:
ispMACH4A5-128/64
◇开关电源的型号规格:
5V/40A
◇亮度均匀性:
一级关联象素亮度误差不大于6%
4.2显示屏体
3906点/平米参数对照表:
设计参数
方案系数
显示像素密度
15624点/平米
实际像素密度
3906点/平米
屏体构成
全彩12行×15列
显示尺寸
7.43m×4.00m
屏体面积
29.42平米
分辨率
464×248点(DPT:
928×496)
屏体最大亮度
屏体白平衡亮度
不小于10000cd/m2
不小于5600cd/m2
屏体视角
110°,10°/45°
灰度等级及校正
1024灰度空间
γ及反γ校正1024级灰度同屏显示
画面扫描速度
每秒不小于60帧
所采用的图像处理技术
专业图像板
专用的多媒体视频卡
通讯距离
100米(无中继)
通讯方式
LVDS差分传输
使用电源
国产(如常州创联)
屏体寿命
100000小时
连续工作时间
24小时
工作环境湿度
20%~70%
工作环境温度
-25℃至+45℃
波长
2nm以内
亮度范围
1:
1.1
绿管亮度
1800MCD
视角
左右110度上下45度
4.5显示与控制特性
◇驱动方式:
静态锁存
◇基色灰度:
1024级
◇反γ校正系数:
2.2~2.8(可调)
◇恒流驱动精度:
<4%
◇邻界点亮度差:
<6%
◇整屏最大亮度差:
<10%
◇象素失控率:
验收时为0,3-5年不大于0.1‰,5年以后不大于0.3‰
◇显示模式:
VGA与视频同步
◇换帧频率:
不小于60帧/秒
◇刷新频率:
不小于120Hz
◇视频显示信噪比:
不小于40db
◇数据传输:
双绞线,采用RS422A标准
◇通讯距离:
不大于100米(无中继)
4.6电源与电控性能
◇供电电源:
AC220V±15%,47-63HZ
◇最大功耗:
≤1400W/平米
◇平均功耗:
≤700W/平米
◇直流控制电源输出波纹:
不大于50mv
◇直流驱动电源输出波纹:
不大于80mv
◇线路调整率:
0.5%
◇负载调整率:
0.5%
◇上升时间:
不大于300ms
◇过流保护:
额定输出的115%
◇过压保护:
额定输出的120%
◇欠压保护:
额定输出的80%
◇短路保护:
有
5、结构设计方案
该类设计包括屏体骨架结构、散热结构、安装方式与外表装饰四项内容,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。
5.1现场情况分析
现场情况的分析与掌握是结构设计的首要环节。
结构设计工程师在进行结构设计之前须进行现场实地考察,以此了解安装现场的情况,从而为确定安装方式、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,提供如下要求与相关资料:
◇屏体安装方位与效果
◇安装位置建筑结构图
◇建筑结构的承载能力
◇现场施工要求与期限
结构设计师根据现场考察的结果,并依据我局的要求和获得的相关资料,做出一套完整的设计方案,具体内容包括:
骨架结构设计:
骨架结构图、边框架结构图、维护架结构图与技术要求
散热设计:
散热设计方案及其工作原理
安装结构设计:
安装方式图、连接固定方式说明、结构强度计算
外观美学设计:
外观效果图、设计思想说明
5.2骨架结构设计
屏体骨架的设计结构如图1所示,由固定架、边框架、维护架三部分构成。
固定架:
屏体正面部分,用于连接和固定显示单元。
边框架:
屏体四周部分,用于支撑屏体、并与固定面连接。
维护架:
位于屏体内部,用于维护的方便。
骨架是整个显示系统的筋骨,设计施工中把握如下几点:
◇骨架的刚性
◇连接强度
◇连接孔尺寸与位置精度
◇表面防腐性能
5.3散热设计
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。
散热设计方案
在本系统中同时采用了一套由测控系统控制的智能散热系统。
该系统较好地解决了既有效散热、又节省能源的问题。
○方案说明
屏体采用隔离式强制循环散热器对流散热
此方式使屏体内部的空气与屏体外部的空气在相互隔绝的情况下进行热交换,满足了防尘,防潮的要求,如图所示。
屏体内外的风扇使屏内较热的空气和外面较冷的空气分别在铝质隔板的两侧快速向上流动,屏内的空气被冷却且与屏外的空气隔离。
同时屏内空气的快速循环也使屏体内部的温度分布更加均匀,消除了上热下冷的现象。
5.4外观美学设计
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。
6系统安全性保证
6.1防静电设计
静电即相对静止不动的电荷(Electro-Static),通常指因不同物体之间相互摩擦而产生的在物体表面所带的正负电荷。
静电放电即指具有不同静电电位的物体由于直接接触或静电感应所引起的物体之间静电电荷的转移(Electro-Static-Discharge)。
通常指在静电场的能量达到一定程度之后,击穿其间介质而进行放电的现象。
6.1.1静电产生的原因
从微观上说,根据原子物理理论,电中性时物质处于电平衡状态。
由于不同物质原子的接触产生电子的得失,使物质失去电平衡,产生静电现象。
从宏观上说,原因有:
物体间摩擦生热,激发电子转移;物体间的接触和分离产生电子转移;电磁感应造成物体表面电荷的不平衡分布;摩擦和电磁感应的综合效应。
6.1.2防静电的具体措施
◇采用防静电地板/地垫
◇安装离子风机和其它保护设备
◇使用接地工具和设备
◇在防静电区域设警示标志
6.2电磁屏蔽
对于LED电子显示屏,由于采用的是金属定位的单元结构,其本身已具有很好的电磁屏蔽作用,因此通常不再考虑其电磁屏蔽问题。
然而,通过电源线,电网上的干扰可以传入设备,干扰设备的正常工作。
同样,设备的干扰也可以通过电源线传导电网上,对网上其他设备造成干扰。
为了防止这两种情况的发生,可在设备的电源入口处安装一个低通滤波器,这个滤波器只容许设备的工作频率(50Hz)通过,而对较高频率的干扰产生很大的损耗,从而起到了很好的屏蔽保护作用。
6.3接地系统
6.3.1直流地接大地
就是把数字电路等位地与大地相接,它克服了直流地悬浮带来的问题,特别是在LED显示屏系统中有大量的静电荷积沉,还有人体静电都会影响设备的运行,所以采用直流地接大地后,为静电荷找到了通路。
直流地接大地采用的是并联接地方法,这种接法各点间的电位差很小,可获得较低的接地阻。
6.3.2安全保护地
LED显示屏系统中的安全保护地是将所有显示单元的固定柱,通过安装骨架联接起来,再用接地母线将其接地或接到配电柜的中线上。
7系统软件
7.1显示控制软件
控制计算机选用Windows95/98/2000作为操作系统软件,安装TV卡驱动程序,根据不同规格的显示屏进行相应的显示区域设置,使所有显示内容均可在屏上显示出来;安装LED显示屏专用播放软件LEDSHOW可控制显示屏的播放;安装通信控制软件,还可实施远程控制播放。
7.2显示编辑软件
显示内容可采用二维(Animator)及三维(3DSMAX)动画软件进行动画节目的创意制作,也可通过影像设备摄制节目,经后期制作形成最终播放文件,或直接采用提供的节目。
8系统性能分析
8.1先进的控制技术
8.1.1高水准的显示屏灰度控制系统
显示屏灰度控制也是图像效果好坏的关键。
采用了将图像进行1024级灰度编码,进行1024级灰度显示,用硬件实现,实时性好,大幅度地提高了图像的显示效果。
在视频接收电路、存储电路、高速度写电路、显示屏控制扫描电路中都进行了抗干扰处理,且有150Hz的显示屏刷新频率,使显示屏具有了稳定的高质量的画面,色彩丰富,层次分明,真正再现大自然的绚丽色彩。
8.1.2独特的DPT和Gamma视频处理技术
为了使LED显示屏画面色彩逼真,控制系统采用组合式非线性校正技术,使显示画面更适合人眼的视觉特性,增强人眼视觉效果。
采用最先进的DPT控制技术,使图像边缘更加平滑,使视频图像更加清晰。
对比度增强技术,使视频图像更加透彻。
图像去拉毛、消噪声技术,使视频图像更加清晰稳定。
8.1.3极佳的动态效果
显示屏的画面刷新频率达到150帧/秒,换帧频率达到60帧/秒,完全满足了显示视频图像的要求,保证了运动图像的强烈动感,且使整个画面无抖动、水波纹、频闪等不良现象。
8.2器件选取优良
8.2.1发光器件的选取
显示屏采用进口的绿、红、蓝户外超高亮度发光二极管,色彩极为纯正,使LED显示屏再现大自然真实彩色成为可能。
8.2.2电子元器件
采用国外著名半导体器件厂家(HARRIS,TOSHIBA,ALLEGRO,MOTOROLA,TEXAS,Lattice,PHILIPS,ALTERA,ST等)的元器件。
控制部分采用超大规模集成电路,使系统的可靠性更高,体积大为缩小。
8.3完善的配电系统
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。
显示屏均配有专用的配电系统。
显示屏配电系统有以下特点:
◇在大屏控制室直接开、关大屏,配电系统具有远程控制功能。
◇具有供电指示功能。
◇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。
◇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;
8.4外观精美、工艺考究
就显示屏的结构而言,其结构件易腐部件为屏体部分的金属柱,线路板、接线端子、接头;对水蒸气敏感的部件为线路板、电子元器件引脚。
其它部件,均为工程塑料(聚碳酸脂)、环氧、橡胶等,对水蒸气不敏感,针对上述问题,采用如下四个措施:
8.4.1金属壳体部分
金属表面必须进行防腐,防水处理:
具体做法为:
①将金属表面进行喷砂处理,起到除锈作用。
②在金属表面进行氧化锓锌处理,确保十年不锈腐;③在进行了氧化喷锌处理之后,再在表面喷塑处理,将表面处理成显示屏的底色---黑色。
④最后,再对表面进行防酸树脂涂履处理,更有效地防止了大气侵蚀。
表面喷塑
氧化喷锌
防酸树脂涂履
8.4.2线路板
对线路板进行三防处理,保证线路板及所有接插件的连接部分具有三防能力。
这样处理后便彻底解决大气水分、雾气对线路的腐蚀问题,使得大屏本身对环境无苛刻的要求。
8.4.3在总体结构上的措施
在大屏的后方要有足够的空间,尽可能降低大气的湿度。
进行了上述四种处理措施后,显示屏的防水、防腐问题便得到了彻底解决,另外,在使用上,智能化配电箱可以自动控制风机、空调等设备,并专门设计