户外P10单色LED显示屏方案

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

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：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。

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

◆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

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

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：

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

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： 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％

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。

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

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。

箱体架

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

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。

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路以及相应的通信和监控软件，利用各种传感器送来的测试信号值对大屏的各种工作环境参数进行监测，自动实现对各类可调节单元的控制，保证显示屏始终处于良好的工作状态。

运行环境智能监控系统实现的功能主要有两个方面，一个是监测调整，另一个是监测报警。所谓监测调整就是以上我们提及的通过Bit硬件电路得到大屏的当前运行参数，并将其及时回馈给智能化实时监控主机系统与标准值比较，所得误差值作为驱动各种调整单元的依据，从而达到保持LED 屏正常工作的目的。当出现既使动用调整功能也不能保证大屏正常工作时，就需要通过不同的方式及时通知技术人员，以便应急处理，这就是运行环境智能监控系统要实现的第二个功能—监测报警。

监测报警可以分为被动式与主动式两种，被动式监测报警是大屏技术人员通过计算机和Modem远程连接LED显示屏，两者连通以后，运行环境智能监控系统则将运行参数发回远程计算机控制软件，远程控制软件以图形化的接口实时显示各类参数的运行状况，并在偏离标准值时，给出一级警示、二级警示和严重警示；主动式监测报警是在LED显示屏出现严重故障时，运行环境智能监控系统通过自动拨号器主动呼叫远程计算机或技术人员的BP机，以便维护人员实时处理。

结构上，单色LED显示屏运行环境智能监控系统主要由Bit监测系统和执行单元系统组成。

◆Bit监测系统：Bit监测系统由各类传感器和内部信号转换电路构成，传感器的选择是关键。温湿度传感器：安装在显示屏内部，它以频率信号向

实时监控主机发送温湿度参数。光照度传感器：用以判断环境光强，以配合实时监控主机调节显示屏亮度。烟雾传感器：对电路、芯片等出现严重故障进行监测。

◆执行单元系统：执行单元系统由空调机，大屏通风散热系统，增压机，主电源开关系统等部分组成。它们在智能化实时监控主机的控制下自动调节屏内温度、湿度、气压等参数。同时显示屏的主电源也受智能化实时监控主机的控制。

本环境监控系统特点：

◆实时性：系统根据不同类型的变量设置不同扫描时间，实时采集全域各种部件运行状态，并根据各个部件的状态和工艺要求自动调节各种设备的运行参数和状态。

◆可靠性：系统采用分布式控制，各部分相对独立，某一部分发生故障时，不会影响其它部分运行。

◆灵活性：系统分为自动方式、手动启动和手工操作三种方式。

◆安全性：根据系统的各种操作，设置不同级别，对重要操作进行限制，使无关人员无法进行操作。

6、系统安全性保证

◆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。

◆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。

◆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

◆电磁屏蔽

对于LED电子显示屏，由于我们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，因此通常我们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，对网上其它设备造成干扰。为了防止这两种情况的发生，我们将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。

◆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。

直流地接大地我们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。

◆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在线。

◆避雷设计

避雷网:采用Φ8圆钢绕屏顶部四角架设；

避雷针:采用Φ10圆钢，高度为1米2根，分别焊接于避雷网两对角处；

引下线:采用Φ8圆钢，建筑物上装的显示屏引下线沿建筑物外墙明敷，地面安装的显示屏其引下线沿支柱敷设；

接地线:垂直接地体均采用Φ10圆钢，长度为2.5m，2根；

主要采用设备：电源避雷器、信号避雷器、地极避雷器、过压保护器。

第二章室外单色屏软件方案

一、系统软件分类

1、显示控制软件

主控电脑选用Windows98/ME/NT/XP作为操作系统软件，安装LED显示屏专用播放软件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。

2、显示编辑软件

◆如果是同步控制系统，显示内容可采用二维（Animator）及三维(3DS MAX)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档，或直接采用提供的节目。

二、软件操作方法

具体操作方法请参考我公司《LED显示屏软件使用手册》

第三章工程报价

见附件1

第四章工程进度计划及保障措施

一、工程进度计划

根据本显示屏的实际情况以及本公司“提供一流的技术、一流的服务”的质量标准，我们将投入足够的技术力量来保证工程的顺利实施，计划工期为20天，具体时间安排如下：

二、项目成功的保证措施

1、项目各部分的协调、组织和管理

为保证项目的顺利实施，必须专门为此项目成立项目小组，小组成员由贵公司有关人员和我公司相关人员组成，组长将邀请贵公司领导担任，他须要有调动相关资源的权力，与副组长一起协调好项目各方面的关系。副组长由我公司有关领导担任，他须有丰富的项目管理经验。

2、保证项目需求实现的具体措施

为保证项目需求的实现，采取以下措施

◆在设计阶段我们就认真分析项目的需求。在设计时我们通过与客户的沟通，了解项目的需求，根据我们丰富的LED大屏幕的经验以及原厂商的支持、参与，在此基础上我们制定了整个项目的设计方案，这保证了该方案能够满足系统的功能要求，并具有高可用性、高可靠性等。

◆在施工实施阶段，我们指派有经验的工程人员对设备进行安装、调试，并进行一系列的测试，保证在各种环境下，系统都能够完成其功能。

3、保证项目建设质量的具体措施

◆在产品和技术的选择，我们选择世界知名厂商的产品，这保证了产品的质量而且售后服务也能够得到保障，成熟先进的技术方案本身就是系统质量的保证。在方案的设计中产品的选型、系统结构的选择等都加以考虑。

◆通过严格的系统测试来保证系统的状态良好，减少系统的BUG，保证系统的建设质量。在方案中，关于测试我们都有较为详尽的描述，在具体的实施过程中，我们更是有一系列的测试计划、测试实验、测试文档来保证项目的建设质量。

4、保证项目建设工期的具体措施

◆制定合理的进度计划。根据各个分任务之间的关系制定进度计划表，充分利用时间。在合同签定之后，成立项目小组，将会有更详尽的计划。

◆由项目负责人负责对项目的进度进行监督，以保证进度能按计划实行；在成立了各分项目小组后，明确了每人的工作，职责分清，这样也便于工程项目的管理。

◆指派有经验的工程人员负责具体的工程。多年的系统集成经验，我公司培养了一批专门工程人员，他们在具体的工程上都有着丰富的实际经验，这对项目工期也是一个有力的保障。

5、保证系统稳定运行的具体措施

◆设计合理、认真施工是系统稳定运行的基本保证，这在整个方案设计的过程中都得到体现。

◆加强培训。我们将制定一系列的培训计划来提高系统管理人员和为了保证项目建设的成功，我们在详细分析客户需求，设计最优方案的同时，与项目各主要设备原厂供应商密切配合，争取最优的服务与支持、最短的供货周期和最佳的价格优势，为贵公司LED信息显示屏项目的成功提供了保证。

6、技术培训

本系统是一个具有先进水平的LED 显示系统，它的稳定、正常运行有

赖于具有较高素质的操作维护人员。因此，对用户的培训至关重要，它是整个系统实施过程中不可或缺的一环。我们公司结合产学研各方面的优势，在推出高科技产品的同时，制定具体、全面的人员培训计划。我们将提供完整、规范的技术设计说明书、安装记录和操作手册等一系列文档资料，为用户学习、维护提供方便。

◆显示屏的基础培训。培训内容及方法：WINDOWS操作，显示屏的基本工作原理，通过现场指导对大屏幕平时的开机、关机和普通操作以及日常维护和安全注意事项进行培训。培训时间：3天。

◆多媒体播放制作软件的培训。培训内容及方法：系统的软件安装，简单软硬件故障的处理，通过对软件的详细讲解和示范编写，使客户能够独立使用并进行多媒体播放制作软件的编排。培训时间：3天。

第五章技术支持及售后服务

我们认为一个具有长远规划，稳定的、有实力的公司是用户系统维护和升级的最根本保障。本公司具有丰富的系统集成经验和巨大的资金支持。我们对用户做出的承诺是庄严和切实可行的。

对于贵公司LED信息显示屏来讲，我们为满足其高可靠性要求，在保证工程高质量的同时，更重要的是对于在系统完成后如何向用户提供全面的技术支持和完善的售后服务，如快捷的响应、现场维护、定期检修保养、充足的备品备件以及专业技术服务队伍等各方面。对此，我们做了充分的安排。