面向智能导引的LED 显示屏控制系统设计

一、研究背景

本文主要研究对象为面向智能导引的 LED 显示屏控制系统，拟应用于轨道交通站台、汽车站、景区等公共区域，为乘客及游客提供便捷的排队引导、天气提示、闯入报警服务，大大减轻运营方的工作负担。

面向智能导引的 LED 显示屏控制系统采用LPC1788 微控制器，该芯片是针对于低成本、低功耗应用而专门优化的嵌入式处理器，具有极高的运算能力和中断响应能力。系统总体方案如图 1，由 LED 阵列及驱动电路、显示控制卡硬件电路、嵌入式软件三部分组成，使用 PC主机通过 RS485 总线向 LED 显示系统发送命令 ， 从而控制 LED 点阵屏显示指定内容。

图 1. LED 显示系统设计总体方案

二、LED 阵列及其驱动电路

LED 点阵屏由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块，适于播放文字、图像信息。本系统选择 64^*16 的 LED 点阵屏，由 16 块相同的 8×8 单色 LED 点阵显示模块组成。扫描方式为 1/16，即每次刷新显示一行，16 行为一个扫描周期，一个扫描周期的时间要小于人眼视觉暂留时间，保证看到的画面稳定流畅。

1．行驱动原理

通过两个 3-8 译码器 74HC138 芯片来实现行驱动，通过控制 4 根管脚的输出选中相应的行，例如输出为 0000 时，选中 LED 点阵屏第 1行、输出为 1111 时，选中LED 点阵屏第16 行。

2． 列驱动原理

列驱动使用 74HC595 芯片，该芯片具有 8 位串行输入、并行输出功能。对于 64^*16 的 LED 点阵屏，因其总共有 64 列，所以通过 8 个74HC595 芯片级联，可以实现 64 位串行输入、并行输出，从而实现对列输出的控制。

3．显示程序流程

（1）初始化 CPU 的 GPIO 引脚。

（2）设置 08 接口的使能信号EN。

（3）利用行信号选中第1 行，移位串行输入第1 行的列信号数据，锁存列信号，并行输出显示。

（4）利用行信号选中第2 行，移位串行输入第2 行的列信号数据，锁存列信号，并行输出显示。

（5）依次遍历，直到第16 行，并行输出显示为止。（6）循环进行 3-5 的过程。

三、点阵屏控制卡硬件电路

点阵屏控制卡硬件方案扩展了字库芯片、温度传感器、闯入检测传感器、地址拨码开关，并预留 CAN、RS232、RS485、UART、以太网接口、IO 接口，用来控制LED 的显示内容和方式。

其中，字库芯片选用 GT32L32M0180 型号，它支持 GB18030 国标汉字、ASCII 字符及条形码图库。排列格式为横置横排，数据总线为

SPI 串行接口。用户通过字符内码，利用用户手册提供的方法计算出该字符在芯片中的地址，可以从该地址连续读出字符点阵信息。

温度传感器选用 TSEV01CL55 芯片，使用基于红外辐射检测的无接触测温方法，它的基本工作原理是：用热电堆传感器探测红外辐射，该传感器将入射辐射转换成模拟电压；用热敏电阻测定传感器温度，根据测到的环境温度数据进一步的进行模拟信号处理和调理，使用处理单元计算温度值并将值显示在屏幕上。

闯入检测使用一个通用 IO 口及接近传感器作为异物闯入检测的硬件基础，当检测范围内有人或物闯入时，会通过光耦器件向 IO 口触发高电平信号，当系统检测到这一信号时，立即控制LED 点阵屏显示“请勿靠近”、“小心夹手”等警示语，提醒乘客或游客离开此区域。

四、嵌入式软件

面向智能导引的 LED 显示屏控制系统采用专用软件，运行于控制卡之上，无操作系统、数据库。

系统软件预置若干条常用展示语，每条展示语有唯一编号，当收到上位机传来的 RS485 信号时，中断标志置位，系统立即识别要显示的编号值。可进一步根据编号按需访问时钟、温度信息，并向字库芯片获取字模放入数组准备驱动显示，若检测到闯入信号，立刻进行滤波处理防止信号突变引发系统报警，若闯入次数大于 3 次，则确认为真闯入信号，进行报警语提示。

五、测试结果

该系统软件能满足LED 的静态、滚动、横向、纵向等各种展示需求，能够满足日常信息播放、紧急插播等应用场景，能满足长期稳定运行。

六、LED 电子显示屏同异步控制方案

LED 电子显示屏同异步控制方案是满足不同场景显示需求的核心技术体系，二者在控制逻辑、数据传输方式及应用场景上存在显著差异却又可互补协同。

同步控制方案核心是通过专用同步控制器与计算机实时连接，实现显示屏与控制端画面的“无缝同步”，其工作原理是计算机显卡输出的图像信号经同步控制器处理后，直接传输至显示屏接收卡驱动像素点亮，数据传输依赖网线或光纤等高速链路，具备实时性强、画面刷新快的优势，可流畅播放高清视频、动态特效及实时数据界面，适用于大型舞台背景屏、体育场馆记分屏、交通枢纽实时信息屏等对画面时效性要求极高的场景，但该方案需控制端持续运行，且传输距离受限于信号衰减，超过一定距离需增设信号放大器或光纤传输模块，系统部署成本相对较高。异步控制方案则通过异步控制器实现“脱机自主运行”，操作时先将需显示的文字、图片、视频等内容通过U 盘、SD 卡或无线网络预存至控制器内置存储单元，控制器再按照预设指令自主驱动显示屏播放，无需与计算机长期连接，具备功耗低、稳定性强、部署灵活的特点，尤其适合户外广告屏、社区公告屏、门店宣传屏等无需实时更新内容且安装位置分散的场景。

七、结语

本文设计并实现了一套面向智能导引的 LED 显示屏控制系统，集信息显示、状态感知与安全警示于一体。系统以 LPC1788 为核心，依托其丰富外设资源及 Modbus 通信协议，保证了功能可扩展性与通信可靠性，并预留CAN、以太网等接口便于升级。当前系统仍可进一步优化，如增加音频报警、多类传感器接入及多屏组网同步控制等功能。本系统适用于公共交通、景区等公共场所，为同类智能终端开发提供了有益参考，未来将持续完善功能，提升交互体验与系统稳定性。

作者简介：张媛 19930523 女 河南 汉 硕士研究生 工程师 研究方向： 工业自动化与控制