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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第2页的，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：GR1089,ITUK.20&K.21,IEC950,UL1459&1950和FCCPart68。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系统把雷电流泄入大地，从而保护设备和人身安全。如果接地系统做得不第3页好，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；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。第4页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，即电源自动控制功能2、准确无误的故障自动报警功能◆显示故障报警第5页◆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。编辑完第6页成后的显示内容，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。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γ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：接收/灰度系统板如下图所示：第8页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：32×16点单点控制方式：静态/恒流◆显示与控制特性驱动方式：静态恒流第9页反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：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150Hz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：AC220V±15％，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：有第10页六、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。屏体结构部分主要分为二个部分：基座部分、主框架部分。基座为承重结构，主框架为安装箱体、并提供部分工作空间。这两部分都是由角钢、槽钢、工字钢按力学原理设计而成，外形由铝塑板装修而成。具体尺寸指第11页针最终由设计院结构工程师确定。主框架部分包含以下四部分：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2、骨架结构设计屏体骨架的设计结构如图1所示，我们把它看成由固定架、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，设计施工中我们将把握如下几点：骨架的刚性箱体架边框架维护架第12页连接强度连接孔尺寸与位置精度表面防腐性能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。我们在本系统中采用散热与防护融于一体的分离式散热方案。该方案的中心点就是将平常故障率最高、也是最难防护的电路驱动部分分解为与模块相匹配的标准单元，选用散热系数较好的硅胶材料，进行灌胶处理。此方案与传统上采用的风扇对流散热方案或对屏体采用隔离式强制循环散热器对流散热方案相比，其最明显的优点就是该方式使屏体内部或外部的空气与电路部分相互隔绝，满足了防尘，防潮的要求。4、外观美学设计我公司针对每块显示屏安装的环境，对其进行独特的造型设计，在设计阶段我们认真分析项目的需求，了解项目的需求关键，根据我们丰富的LED大屏幕制作经验以及原厂商的支持、参与，我们制定整个项目的设计方案，确保该方案能够满足系统的功能要求，并具有高实用性、高可靠性、高观赏性。我们的设计原则是功能、结构、外形三位一体，协调统一。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美观协调。第13页5、环境智能监控系统室外单色屏投资大，使用频率高，必须要保证显示屏能够始终处于良好的工作状态。我公司设计制造时就充分考虑到它的高可靠性和智能化测试调整功能，公司设计制造的LED单色屏采用了业界独有的运行环境智能监控系统，从而使显示屏真正做到安全运行。它通过专用的大屏内置硬件检测电