1、第1 页第一章 室外单色屏硬件方案一、系统设计概述近年来，户外 LED 电子显示屏以其亮度高、坚固耐用等特点，作为继电视、广播、报纸、杂志之后的另类媒体，被广泛地应用于广场、机场、车站、港口、体育中心等公共场所。但随着人们对一块块显示屏开播喝彩声的消失，令人惋惜的现实无情地展现在了大众面前：昔日亮丽无比的电子显示屏在使用几年后，亮度大幅度衰减，色彩严重失真，电路被腐蚀、老化带来的火灾隐患到了令人发指的地步。一块块电子显示屏变成了一片片破旧不堪的黑色补丁，贴在各大城市的显要之处，既浪费了投资，又影响了市容。究其根源就在于 LED 电子显示屏制造厂家对光材料的选用不严谨，对屏体的防护不重视。实际上
2、国内各大家电生产厂家已经给 LED 电子显示屏制造行业积累了丰富的切实可行的现成法宝：高质量的制造+细致入微的防护。有鉴于此，我公司确定的户外视频 LED 电子显示屏设计目标是：高可靠性保证其在户外长久稳定工作。为确保达到以上目标，我们采用独有的驱动设计，对屏体进行全方位防护，包括防雷击、防静电、防腐、防水、防潮、防温等，同时对开关电源更换低温管、硅胶处理进行二次防护措施。户外 LED 电子显示屏的工作环境既恶劣又复杂，防护稍有不当就会对第2 页显示屏造成致命伤害。真正有效的防护不是在显示屏安装完毕后才去实现的，而是在设计阶段就必须精心考虑。现国内大多的 LED 显示屏生产厂家仍在采用大板模块
3、式驱动结构，虽也叫做模块化结构，但实际上其可防护性是极差的。不要说防腐、防潮、散热，即是防水也很难实现，由此形成了国内已建户外 LED 电子显示屏故障多、怕雨、怕热、怕尘、怕风的通病，维护成本极高，寿命奇短。我们采用独有的驱动设计模块级恒流驱动方案。它能够很容易实现全方位防护措施：通过特殊硅胶处理，既能很好地达到防腐、防水、防潮的目的，又能充分利用其极好的散热特性，将驱动部分产生的热量迅速传递消化。更由于我们选用了专用的户外 LED 恒流驱动芯片，可轻松承受高温环境的考验。在 25和 60两种条件下的测试结果表明，该恒流芯片能够承受 3KV 的静电冲击，当其表面温度上升到 125时，连续工作
4、168小时而无一失效点。在雷击防护措施中，我们主要采取外部无源保护、内部防护、接地防护。在 0 级保护区即外部作无源保护，主要有避雷针（网、线、带）和接地装置（接地线、地极） 。如电子显示屏所依附的建筑物本身已具备良好的 0 级保护区防护设施，电子显示屏工程中可不必重复建设。在电源和信号入口处的防护措施中，我们选用了美国 SIDACTOR 公司的专用防护产品。其防护指标符合以下规范：GR 1089, ITU K.20&K.21, IEC 950, UL 1459&1950 和 FCC Part 68。按地系统进行防护是极重要的环节，因所有防雷系统都需要通过接地第3 页系统把雷电流泄入大地，从而
5、保护设备和人身安全。如果接地系统做得不好，不但会引起设备故障，烧坏元器件，严重的还将危害工作人员的生命安全。另外还有防干扰的屏蔽问题，防静电的问题都需要通过建立良好的接地系统来解决。直流开关电源是整个电子显示屏工作的中心部份。无论是明韦还是衡孚，其直流开关电源均非针对户外恶劣环境而设计，因此有必要对其运行二次防护处理。在电路防护方面上采用与恒流驱动板同样的防护措施；同时应更换其开关管，以提供更宽的温度适用范围。LED 电子显示屏的技术仍在迅猛地发展进步，作为专业的研发和制造厂家，我们将持之以恒地致力于技术的进步和产业的发展中，为用户创造更好、更满意的 LED 电子显示屏。二、系统需求分析与实现
6、目标1、客户需求分析 根据用户的要求，我们将重点考虑如下几点：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；充分体现行业应用的特殊性，软件具有较强的监管功能，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；第4 页该方案在各项技术指标、可靠性、安全性等方面都有着较高标准，我们深信它能较好的满足本项目的全部使用要求。2、系统实现目标我们的目标是铸造室外 LED 全彩屏精品工程，其重心是防护功能强，稳定性好，可靠性高，亮度充足。作为一套单色多媒体视频屏显示系统，其基本点是一个集光、电、机于一体的高智能化系统,其系统的好坏决
7、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。这也是本系统设计的主要实现目标。三、硬件系统功能说明我们的总体设计目标是，把本系统设计成为一套高可靠性、智能化的多媒体显示系统。该系统应具备信息发布、环境监测与调节控制、故障自动报警和远程编辑控制等基本功能。1、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通
8、过 PLC 控制系统，可实现显示屏的分步上电、软启动和自动开关屏，第5 页即电源自动控制功能2、准确无误的故障自动报警功能显示故障报警控制系统故障报警环境监控系统故障报警3、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四、硬件系统的构成LED 显示屏系统由显示系统、控制系统（含运行环境智能监控与安全保护系统） 、信息录入等部分构成。1、显示系统显示屏体：LED 发光器件组成的可控显示板。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。环境监测系统：位于屏体后部，具有温度、湿度、光强监测，是屏体的保护部分。2、控制系统该系统由主控电脑、多媒体卡、控制卡等构成，主要
9、用于显示数据的编辑、处理与分配，并控制显示屏的显示。主控电脑是工控微机，在本系统中起控制显示屏播放的作用。显示屏显示所需要的软件、显示内容、监测控制软件均存储于此机器中。控制机第6 页置于机房中，信息录入、节目制作终端可置于本机房或异地办公室中。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时播放。4、运行环境智能监控与保护系统环境监测控制系统：由各类传感器、监测系统和控制计算器构成。用于监测显示屏工作环境参数，适时控制相关保护系统，确保显示屏正常工作、性能参数不发生较大的偏移。它包括：散热系统、配电系统、监测系
10、统和静电防护系统等。五、硬件系统电路设计1、硬件系统电路原理原理图如下图所示：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内存中，然后将显示数据传输到数据分配电路。显示信号源LED 显示驱动电路发光管显像屏体控制系统主控电路数据处理与分配信号转换与发送第7 页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。我公司的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
11、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。2、硬件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 校正。行列解碼：选择本控制系统控制行列范围。控制系统 PCB 示意图采集/发送系统板如下图所示：第8 页接收/灰度系统板如下图所示：3、屏体设计方案及其相关参数设计发光像素单色屏像素构成：红色 LED 灯显示单元箱体示意图：单元的分辨率： 3216 点单点控制方式： 静态/恒流第9 页显示与控制特性驱动方式：
12、静态恒流反 校正系数： 2.22.8(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： 0.1显示模式： 同步或异步换帧频率： 不小于 60 帧/秒刷新频率： 不小于 150 Hz数据传输： 双绞线，采用 RS422A 标准通讯距离： 不大于 100 米（无中继）电源与电控性能供电电源： AC220V15，47-63HZ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 300 ms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第1
13、0 页短路保护： 有六、硬件系统结构设计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，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。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。本公司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、维修信道、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，通常需客户提供要求与相关数据：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本公司结构设计师根据现场考察的结果，并依据客户的要求和获得的相关数据进行初步设计。
