LED電子顯示屏系統(tǒng)穩(wěn)定性的探討

LED電子顯示屏系統(tǒng)穩(wěn)定性的探討摘要：近年來(lái)LED多媒體技術(shù)在我國(guó)長(zhǎng)足發(fā)展，應(yīng)用漸廣。而涉足此行業(yè)的公司大小、技術(shù)水平參差不齊。因此我們重點(diǎn)對(duì)LED電子顯示屏安裝過(guò)程中，其系統(tǒng)整體穩(wěn)定性需要注意哪些事項(xiàng)進(jìn)行探討。關(guān)鍵詞：恒流驅(qū)動(dòng)；接地；干擾；穩(wěn)定性中圖分類號(hào)：TN312+.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：BTheExplorationontheStabilityofLEDPanelSystemsLAIZong-li,XUWen-tao,LIYue-jie(InstituteofAppliedPhysicsandComputationalMathematics,Beijing100088,China)Abstract:TheproblemdiscussedhereistheworktoconfirmLEDpanelsstableduringtheinstallation,whichhasrelationswithseveralfactors.Thekeyoftheimagequalityisthewhitebalancecontrol.Andtheotherfactorsincludethelong-distancetransmission,constantcurrentresources,andground.Someforgottenelements,liketheequipmentenvironmentalfactorisalsodiscussed.Keywords:constantcurrentdriving;ground;interference;stability引言當(dāng)今社會(huì)人們正處在一個(gè)信息時(shí)代，每天都要通過(guò)電視、廣播、通信、互聯(lián)網(wǎng)等多種媒體獲取大量信息°LED電子顯示屏是近十年來(lái)伴隨計(jì)算機(jī)、微電子、光電子技術(shù)的迅猛發(fā)展而形成的一種新型信息顯示媒體。它利用發(fā)光二極管可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、組態(tài)靈活、色彩豐富、可視角度大、紅綠環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，迅速成長(zhǎng)為當(dāng)今社會(huì)平板顯示的主流產(chǎn)品，使用場(chǎng)所涉及證券交易所、銀行、機(jī)場(chǎng)、車站、體育館、商場(chǎng)等等。我們?cè)趹敉馑匆?jiàn)的顯示屏播放“巨幅畫(huà)卷”內(nèi)容就是把計(jì)算機(jī)顯示器內(nèi)容的克隆放大，建造一個(gè)高水準(zhǔn)的公共場(chǎng)所信息顯示窗口，使它展示的信息不受環(huán)境變化的影響，穩(wěn)定、柔和地展示在人們眼前?，F(xiàn)在LED電子顯示屏已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化、市場(chǎng)化、模塊化，許多小公司僅僅采購(gòu)相應(yīng)的LED電子顯示單元板、控制驅(qū)動(dòng)板、多媒體顯示卡即可組成一個(gè)小型、簡(jiǎn)單的電子顯示屏（同步屏、異步屏）。但是，如果LED全彩色電子顯示屏建在戶外而且計(jì)算機(jī)與顯示屏相隔數(shù)百米，數(shù)字信號(hào)能夠平穩(wěn)安全地傳送將需要從整個(gè)系統(tǒng)工程全面考慮。本文將側(cè)重于從整個(gè)系統(tǒng)工程統(tǒng)籌考慮，全面分析解決問(wèn)題。1LED顯示屏組成的概述1.1系統(tǒng)基本原理LED顯示屏系統(tǒng)由主控電路、數(shù)據(jù)分配電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路三部分組成。由主機(jī)控制電路產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，將來(lái)自計(jì)算機(jī)顯示卡的顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到幀存儲(chǔ)器中，然后將顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分配電路。顯示數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)分配電路在讀出邏輯的控制下送到各個(gè)LED驅(qū)動(dòng)電路，在LED屏幕上正確地把圖像顯示出來(lái)。通俗地說(shuō)，就是把計(jì)算機(jī)顯示器顯示的內(nèi)容在LED屏幕上再現(xiàn)。1.2屏幕基本構(gòu)成簡(jiǎn)單地講，LED顯示屏就是由若干個(gè)可組合拼接的顯示單元板構(gòu)成屏體，再加上一套合適的控制系統(tǒng)。所以多種大小規(guī)格、類型的顯示板（單色、雙基色、全彩色）配合不同控制技術(shù)（同步、異步）的控制系統(tǒng)就可組成多種類型的LED顯示屏，以滿足不同環(huán)境、不同顯示的需要。1.3屏幕構(gòu)成要素包括金屬結(jié)構(gòu)框架、顯示單元、掃描控制板、開(kāi)關(guān)電源、信號(hào)傳輸電纜、主控電路板、專用顯示卡及多媒體卡、計(jì)算機(jī)及其外設(shè)、防雷及接地。2影響LED顯示屏畫(huà)面品質(zhì)、系統(tǒng)穩(wěn)定性原因的分析及對(duì)策（1）以全彩同步屏為例，顯示屏是由紅、綠、藍(lán)三種基色的LED發(fā)光二極管選配后組成，用InGaN（480nm）藍(lán)、InGaN（515nm）綠和ASALGaAS（637nm）紅LED燈作為L(zhǎng)ED顯示基色，就可以提供具有較大顏色范圍的逼真色彩性能。而顯示屏圖像效果的好壞，灰度控制是關(guān)鍵。256級(jí)灰度實(shí)現(xiàn)就是主控制板的采集/發(fā)送子系統(tǒng)以每秒不少于60幅的幀頻采集經(jīng)GAMMA子系統(tǒng)變換輸出的24bit真彩色信號(hào)，并以雙存儲(chǔ)器交替工作的方式平穩(wěn)地寫(xiě)入到自帶的顯示緩存中，在中心處理單元的控制下完成灰度的權(quán)值變換，通過(guò)LVDS差分至超五類雙絞線通道上；接收/灰度處理子系統(tǒng)從超五類雙絞線上接收24bit真彩色信號(hào)，權(quán)值分別為20、21、22、23、24、25、26、27，每個(gè)基色有8個(gè)權(quán)值分量，通過(guò)CPLD控制，送到恒流驅(qū)動(dòng)單元板從而實(shí)現(xiàn)256級(jí)灰度控制信號(hào)。三種基色各級(jí)灰度的不同組合能產(chǎn)生的顏色為：256X256X256=16,777,216種。所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)或選購(gòu)主控電路時(shí)要充分考慮其灰度編碼控制、時(shí)序控制Y校正、亮度控制、GAMMA視頻處理技術(shù)、屏幕刷新頻率、換幀頻率等等，這些問(wèn)題的處理好壞將直接影響顯示畫(huà)面的色彩、層次、抖動(dòng)、波紋、屏閃、視覺(jué)舒適度等。（2）長(zhǎng)線傳輸：在完成遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，有效消除信號(hào)干擾及共模噪聲，是保證最終數(shù)據(jù)接收正確性的重要環(huán)節(jié)。許多工程人員在近距離（計(jì)算機(jī)與屏體之間）、無(wú)干擾環(huán)境安裝顯示屏，也許干擾問(wèn)題不明顯，一旦距離變長(zhǎng)，周圍環(huán)境干擾源增多（電器設(shè)備、電磁輻射等），需要傳送的24位RGB真彩信號(hào)，尤其是幀同步信號(hào)、點(diǎn)時(shí)鐘、行消隱和內(nèi)部同步信號(hào)受到干擾，LED屏幕圖像就會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。通常產(chǎn)品安裝時(shí)信號(hào)線一般采用帶屏蔽的電纜，以防止外部電磁場(chǎng)對(duì)信號(hào)線的影響，但是信號(hào)線間的干擾會(huì)影響控制信號(hào)的穩(wěn)定傳遞。通過(guò)實(shí)踐摸索確認(rèn)如果用扁平線傳輸信號(hào)，各信號(hào)線間預(yù)留一根線為地線并共地，可隔離信號(hào)間的干擾。此外，用超五類雙絞線同樣也能較好地傳遞信號(hào)（通信距離不大于100m），這樣能很好地解決線間干擾問(wèn)題。（3）電源及恒流驅(qū)動(dòng)：對(duì)于戶內(nèi)LED屏通常采用靜態(tài)鎖存及動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)方式顯示畫(huà)面，而對(duì)戶外LED屏來(lái)說(shuō)，常用靜態(tài)鎖存及恒流驅(qū)動(dòng)方式顯示畫(huà)面。從多年工作發(fā)現(xiàn)屏幕供電電源輸出穩(wěn)定性，顯示驅(qū)動(dòng)板恒流驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性都直接影響屏幕亮度均勻性，顯示不同的灰度級(jí)別的準(zhǔn)確性。電源的問(wèn)題比較好解決，選購(gòu)電源時(shí)注意購(gòu)買(mǎi)輸出電壓紋波小、其最大實(shí)際使用功率不大于其額定負(fù)荷功率70%的電源。然而對(duì)戶外LED屏顯示驅(qū)動(dòng)來(lái)說(shuō)，許多公司用軟件方式實(shí)施大屏幕顯示補(bǔ)償技術(shù)，僅僅取得部分成效。因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)目前國(guó)內(nèi)外許多恒流驅(qū)動(dòng)集成電路，其同一塊集成電路不同輸出端的輸出電流誤差達(dá)5%；不同集成電路輸出端的輸出電流誤差達(dá)15%；外部控流電阻一般存在5%的誤差，而輸出電流與外控電阻成線性關(guān)系，則不同集成電路之間又增加5%的電流誤差，再加上負(fù)載的波動(dòng)、溫度的波動(dòng)影響，實(shí)際上LED屏恒流效果并不理想。產(chǎn)生輸出電流誤差的根源是我們常用芯片中的恒流電阻是內(nèi)置式，其一致性、穩(wěn)定性很難做好。怎么辦？經(jīng)過(guò)研究摸索總結(jié)出恒流驅(qū)動(dòng)電路采用加深負(fù)反饋來(lái)抑制各種因素引起的電流波動(dòng)，可以使輸出電流的一致性與穩(wěn)定性大大好于直接使用目前常用的恒流芯片。再通過(guò)在恒流下對(duì)所有LED的色彩和亮度的檢測(cè)，計(jì)算出矯正色彩和亮度所需要的數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存起來(lái)，在驅(qū)動(dòng)電路中通過(guò)自動(dòng)查詢的方式使得矯正后的色彩和亮度得以顯示，最終實(shí)現(xiàn)顯示效果的質(zhì)的提升。（4）避雷及接地：現(xiàn)在全球氣候異常，我國(guó)雷雨天氣現(xiàn)象也日益增多，防雷及接地系統(tǒng)在整體工程系統(tǒng)中尤其顯得重要。雷雨天氣通過(guò)供電網(wǎng)系統(tǒng)傳來(lái)雷擊浪涌電壓的干擾會(huì)對(duì)LED屏的傳入設(shè)備、I/O接口等線路板上的元器件造成直接損害，尤其是對(duì)某些集成電路的I/O端口造成臨界損傷，使屏幕局部時(shí)常發(fā)生抖動(dòng)、拉絲等現(xiàn)象，給用戶、也給售后維修帶來(lái)困攏。為了防止這種情況發(fā)生，我們將在設(shè)備入口處安裝一個(gè)RC低通濾波器并加上壓敏電阻，即可起到很好的保護(hù)作用；對(duì)于LED戶外屏來(lái)說(shuō)避雷設(shè)計(jì)也是非常重要的。避雷網(wǎng)：采用Z8圓鋼繞屏幕頂部四周架設(shè)；避雷針：采用Z10圓鋼分別焊接于避雷網(wǎng)兩對(duì)角處；引線沿外墻與接地線相連引入大地；系統(tǒng)再配備電源避雷器、信號(hào)避雷器、地極避雷器、過(guò)壓保護(hù)器。這樣就是一個(gè)完善的防雷保護(hù)系統(tǒng)；接地系統(tǒng)也是LED屏幕安全性、穩(wěn)定性的重要一環(huán)，在北方，冬季人體靜電、電路靜電都會(huì)給LED顯示屏帶來(lái)意外傷害，把數(shù)字電路等電位與大地相接，即克服了直流地懸浮帶來(lái)的問(wèn)題，也解決了LED顯示屏系統(tǒng)中有大量靜電荷沉積尋求通道的問(wèn)題。直流接地我們采用并聯(lián)接地方法，使各個(gè)點(diǎn)間的電位差最小并獲得較低的接地電阻，接地點(diǎn)我們通常挖掘2m深坑，再向地底下打入數(shù)根3m長(zhǎng)的鋼筋，再用扁鋼與數(shù)根鋼筋焊接一體引出到墻角處，回填土質(zhì)時(shí)加入降阻劑或鹽水就可獲得阻值W1Q的接地效果。（5）LED顯示屏屏體內(nèi)的環(huán)境好壞一般不被人們重視，但處置恰當(dāng)能大大延長(zhǎng)無(wú)故障使用時(shí)間，而用戶往往只關(guān)注屏體的外觀、顯示畫(huà)面的精彩變化、配置設(shè)備的齊全。施工單位往往由于這部分經(jīng)費(fèi)的制約，不大考慮這些問(wèn)題。我國(guó)北方干旱風(fēng)沙大，南方潮濕雨水多，而大屏幕顯示時(shí)，器件工作發(fā)熱吸灰對(duì)電子屏長(zhǎng)期穩(wěn)定工作都有較大影響，我們認(rèn)為屏幕內(nèi)防塵、防潮、散熱等問(wèn)題的解決是屏幕電子器件處于正常工作狀態(tài)的基本保證。我們采取的措施是，屏體采用隔離式強(qiáng)制循環(huán)散熱器對(duì)流散熱，使屏體內(nèi)部的空氣與屏體外部的空氣在相互隔絕的情況下進(jìn)行熱交換，即屏內(nèi)外風(fēng)扇使屏內(nèi)較熱的空氣和屏外較冷的空氣分別在鋁質(zhì)隔板的兩側(cè)快速向上流動(dòng)，循環(huán)屏內(nèi)空氣交換熱量，消除屏體上熱下冷的現(xiàn)象，同時(shí)也解決防塵、防潮的問(wèn)題。如果有條件再配置空調(diào)效果更佳。3結(jié)論以上綜述是作者涉足LED產(chǎn)業(yè)近20年，在生產(chǎn)實(shí)踐工作中的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)。本文沒(méi)有過(guò)多論述LED顯示屏的工作原理，具體某一個(gè)線路板的設(shè)計(jì)說(shuō)明，或某一個(gè)新品種IC芯片的使用方法。因?yàn)楝F(xiàn)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)殘酷，價(jià)格決定市場(chǎng)，該行業(yè)目前逐步呈現(xiàn)LED顯示屏南方生產(chǎn)北方代銷的局面，因此，各個(gè)公司如何選擇價(jià)廉物美的產(chǎn)品部件與自己原有的部件相結(jié)合，如何提高工程系統(tǒng)的質(zhì)量，減少保修期費(fèi)用支出，延長(zhǎng)無(wú)故障使用時(shí)間，是未來(lái)從事LED顯示屏行