付强 摘 要：本文介绍了LED显示屏的基本原理，且结合实例介绍了LED屏在铁路系统中常见应用，并给出了软件设计方案。 关键字：LED 显示屏 客运引导系统 软件 应用 LED显示屏在各个行业的应用非常广泛，如码头、机场、银行、商场，尤其在铁路系统中，LED显示屏更发挥着重要的作用，无论是车站的售票大厅、候车室，还是机关里的会议室都有使用，然而，表面看起来一样的东西，在不同地方的作用却千差万别，有的可以显示时钟，有的可以显示各种图形动画，有的则用来显示车次信息。总体来讲，LED显示屏从显示颜上分为无灰度级别的单、红绿双和全彩三种，由于全彩LED显示屏的造价成本比较高，所以单的和双的往往有着更广泛的用途。 传统的显示技术是通过公告栏、指示牌等一些设施发布信息的，这样的设备维护困难，缺乏表现力，自身不具备光源，夜间使用效果差，容易出错。近几年，随着微电子技术、自动化技术、计算机技术的迅速发展，半导体制作工艺日趋成熟，使得LED作为显示器件的应用范围日益扩大，下面我结合LED显示屏的基本原理和特点，谈一下它在铁路系统中的几种应用。 一、LED显示屏的原理 LED是Light Emitting Diode的英文缩写，即发光二极管。LED显示屏就是由发光二极管排列组成点阵，再通过计算机等设备进行控制，用来显示数字、文字、图形、图像等信息的一种器件。它由显示屏幕、控制计算机、通讯卡和控制软件等组成。其主体显示屏幕，就是发光二极管组成的点阵，它采用低电压扫描驱动，下面我形象的介绍一下其工作原理： 大家都知道单个二极管发光的原理，那么将这些二极管逐个排成矩阵，每个二极管为一个象素点，再由计算机来控制每个二极管的电压，使其亮或者不亮，这样就能形成明暗不等的图象，这就是单LED显示屏工作的基本原理，而把两个不同颜（比如红和绿）的发光二极管设计在一起，组成一个像素点，许许多多的像素点排列成矩阵，这就是双LED显示屏，控制（红绿）二极管电压的高低，显示的颜就有所变化，比如红和绿二极管全高亮度显示，人们看到颜就是黄，只红高亮显示，绿二极管不亮则该像素点显示红。同理，全彩的LED显示屏就是由三基红、绿、蓝组成一个像素点的显示屏。 二、LED显示屏的优点 由于采用了微电子技术和计算机控制，LED显示屏具有如下优点： 1、效果好：采用动态扫描技术，画面稳定，无杂点，图象效果清晰，动画效果生动多样；网络电视直播系统 2、内容丰富，方式灵活：可显示文字、图表、图象、视频信息，并可由用户任意编排显示模式或通过软件更改显示方式； 3、使用寿命长； 4、亮度高； 5、维修方便：模块化设计，安装、维护方便。 三、LED显示屏的应用 在铁路系统中，LED显示屏大体可以分成三种应用方式： 1、单片机式LED显示屏 单片机式LED显示屏是较简单的一种显示设备，主要由2部分构成：主控单元（单片机）和LED显示模块。如图（1），它需要事先把要显示的信息存储在单片机的存储芯片上，存储芯片一般采用可擦除式ROM，首先主机板上发出的信息转换成RS232信号，然后由异步串口发送到各个子模块中，最后模块上的驱动电路驱动LED显示。单片机式显示屏可以显示图形和文字，不论显示什么，就是根据RS232信号的情况，控制组成这些图形或文字的各个点所在位置 相对应的LED器件发光。通常事先把需要显示的图形文字转换成点阵图形，再按照显示控制的要求以一定的格式形成显示数据。对于只控制通断的LED显示屏来说，每个LED发光器件占数据中的一位（1bit），在需要该LED器件发光的数据中相应的位填1，否则填0。当然，也可以反过来，发光的为0，不发光的为1，只要在单片机编写程序时定义，这种显示屏格式相对自由，只要能够满足显示控制的要求即可。文字的点阵格式比较规范，可以采用现行计算机通用的字库字模。 单片机式LED显示屏在铁路系统中主要用于显示时钟、日期、安全天数等。在候车室的电子时钟，可以用这种方法制作，在显示时间的同时，可以在单片机中放入简单的动画和广告信息，这样既形象又美观。此外，由于这种显示屏结构相对简单，成本低，不需要经常更改内容，且往往无灰度级别的单屏就可以满足显示内容，因此，被广泛的用于铁路机关单位的公共场所。 2、计算机控制方式的LED显示屏 这种方式的显示屏是由一台计算机来控制LED显示屏幕，与单片机式的控制方式不同，用计算机来控制的LED屏显示内容更加灵活、多样。在单片机之前增加一台计算机，由计算机发送控制信号给显示屏的控制单元，再由控制单元分配协调各个显示子模块的内容，一般来说，显示的控制有两种，一种是所要显示的全部点阵数据由计算机串口发送过去，另一种为LED屏内置字库和固定图形，计算机只发送字符或控制代码过去，由解码芯片解出点阵再显示，很显然，后者显示的信息量受内置字库的限制，范围要小，前者则可以在计算机上灵活地处理好各种文字、表格和图形，生成点阵再发送给屏幕主体显示。 由计算机控制的LED显示屏主要由4部分构成：计算机、通讯卡、LED显示屏幕和控制软件。由于采用了计算机，就可以采用各种编程工具开发控制软件，显示的信息往往包括大量的数据，建立一个数据库，控制软件调用数据库的数据进行显示，既方便又实用。 在铁路系统中，根据需要，计算机可以控制一块LED屏幕，也可以控制若干块显示屏幕。控制单块屏：比如车站售票室的票额显示屏、货场的货物到达显示屏。计算机通过通讯卡，用双绞线与屏幕端的单片机连接，考虑到电信号的衰减和干扰，一般传输距离不应该超过200米。计算机定时调用数据库的信息，并把信息传输到LED屏上显示。一机多屏系统：就是用一台计算机控制多块显示屏，各块屏的显示内容不同，因此一机多屏属于异步显示方式。主控计算机将需要显示的信息及各种控制命令通过串行通讯的方式传入屏内控制板，屏内控制板内有单片机及存储器，用于存储发送过来的信息，依据命令显示在屏上。车站内的车次引导系统是典型的一机多屏系统，车次的信息以时间为主键存储在数据库中，在没有信息的时候，LED屏显示的是固化在控制板存储器内的内容，当时间触发的时候，计算机按照次序向每块控制板发送信息，控制板再命令屏幕显示相应的内容，计算机向每块控制板发送的信息不同，各个LED屏显示的内容也不同。 3、多媒体LED同步显示屏 同步显示屏以计算机为处理控制中心，主要由控制计算机、同步通讯卡、显示屏主体和播放软件构成，同步卡的作用是把数据从计算机传送到显示屏上显示，使计算机上所见即为显示屏幕所显，电子屏幕与电脑显示器窗口某一区域逐点对应，显示内容实时同步，如图（2）其原理为：图像通过显卡在计算机的显示屏上显示图像，同时，实时提取电路从显卡中实时提取出信息，经过处理后由线缆传输出去，在显示屏端信号接收板上，把电缆线传输而来的图像信号处理，转换成为对应于LED点阵屏的显示信号，最后经过LED驱动板，把转换后的LED显示信号分配给LED点阵屏对应的像素点，驱动LED显示。 多媒体同步LED显示屏有着众多的优点，根据它的显示原理，只要在显示器窗口的区域编程调控，LED屏上就可以显示相应的内容，因此显示内容也就更加全面，一般来说，其应该具备以下功能： ①.能播放各种文字信息、图片信息、视频信息、动画信息。 ②泄洪闸．能读取并显示局域网或互联网上的数据。本身提供数据接口，便于实现远程控制。 ③．能播放来自各种设备的视频信号，并能灵活方便地切换视频源。 ④．附加功能：如自动关机、多窗口显示、时钟显示等等。电能计量接线盒 多媒体显示屏能播放的信息多种多样，这就要求其软件要能够有更多的要求，在制作软件时，我们可以制作一个播放运行表，它把各类多媒体文件按记录格式排列，定义播放的先后顺序及各控制参数，在每一个多媒体文件播放时，要有相应的控制参数进行加载转换，在播放过程中，要时刻判断其是否播放结束。如果播放完毕，应马上跳到下一个文件播放，如此循环。 在铁路系统中同步多媒体显示屏通常被用在一些公共场所播放通知，会议室标注会议内容，还可以播放一些视频图像等。 四、应用实例 在车站安装的引导指示系统是LED屏的典型应用，它要求在不同地点有多块屏幕，各个屏显示的内容不尽相同，在售票室要能显示所有的车次、时间信息，在候车室显示车次、时间、候车区信息，在检票口、软席和贵宾席显示检票信息，在站台、天桥通道和出站口显示车次到达信息。要求各个屏幕协调工作，统一管理，自动化程度高，不需要人为干预，还要求数据信息能够及时更新，操作简单。而从成本角度考虑，售票室和候车室单和双的显示屏都可以选用，其它地方的单的条屏就能满足需要。下面我详细介绍一下辽源车站安装的客运引导系统。 在辽源车站安装的客运引导系统在类型上属于一机多屏的方式，它由显示屏、控制板、通讯卡、计算机和控制软件构成。如图（3）所示，联网形式为总线型，主控制计算机采用工控机，屏内控制板内含有单片机及存储器，3块通讯卡在主计算机内，一块卡与售票室和候车室通讯，显示列车时刻信息，一块给站台的4块和地下通道的1块屏传数据，第三块给软席、贵宾席和出站口的3块屏通讯。考虑到传输距离问题，通讯采用串行口RS232协议经过RS232/485适配器转换，通讯距离能够达到1000米以上，信号线采用带屏蔽的四芯线，一对差分双绞线接受，另一对差分双绞线发送。LED屏电源统一供给，由控制室传送220V交流电在各个屏内经电源盒转换成低压5V直流电源供给LED屏使用。 主控计算机将需要显示的信息以及各种控制命令通过串行通信的方式传入屏内控制板，控制板的作用是接收数据信号，然后存储、译码，转换成对应于LED屏的显示信号，并分配给每一个显示模块，经驱动电路驱动显示。图像数据的存储是通过8位移位寄存器595，每一个595芯片对应一个模块，当一帧8bit数据传过来时，首先移位信号控制数据输入，当数据全部移位进入后，出现一个锁存信号，数据锁存输出到LED模块。模块是8×8行共阳、列共阴的像素点集合电路板，图像数据信号输入阴极，通过在共阳极施加高电平驱动LED显示图像。 从显示需求上考虑，既要能定时刷新，又要能按时发送信息，我们在软件设计上设置一个定时器，定时器每隔2分钟触发一次，每个屏再设置一个标志位，用来判断是否需要更新显示内容，定时器触发后，逐个屏读取标志位，为0则不需要更新，为1则需要更新，需要更新的再调用点阵生成子程序，发送更新，如图（4）为主程序流程图，标志位的设置要根据屏所显示的内容，售票室和候车室的设置成常量1，而其他地方的屏则要调用数据库车次时间表，判断是否为1。在给某块屏更新过程中，有时会因为控制板出现故障，计算机不能得到数据发送的反馈信息，这样会影响其他屏的信息发送，所以要给每次发送任务设置时间限制，如果超时则继续下一块屏的通讯过程。 五、LED显示屏将对铁路信息化起到巨大作用 我们还在锦州、吉林车站安装了票额显示屏，属于计算机控制的单机单屏，在原长春分局大厅、会议室、长春货场等地安装了彩大屏幕，属于多媒体显示屏。LED显示屏在铁路信息化，电子化中起到了非常重要的作用，然而LED显示屏自身还存在一些问题急需要解决，一是由大量二极管排列成的点阵，其耗电量是非常大的；二是电子显示屏中电子器件集成度高，其对干扰的敏感度也越来越高，这些问题使得它在有些地方还不能被应用。如果得以解决，LED显示屏将会对铁路信息现代化起到更大的作用。 | 