小型商铺LED显屏的设计与应用毕业论文

 2020-04-08 02:04

摘 要

在日常生活中,LED显示屏作为一种常用于展示各种信息的媒介,在大多数场所都能看到LED显屏的身影,而在大多数商场、店铺会将LED显屏用于显示广告。本文设计目标是实现小型商铺LED显屏系统,它可以应用于一些发廊、小卖部等小商铺内,用于显示播放店铺内一些优惠信息等顾客所需的信息,同时商家可随意选择显示和播放内容。

论文主要研究了如何根据设计需求,选择16×64LED点阵屏、YS-M3语音播放模块等模块,将其整合到51单片机最小系统上,最终通过调试使其能达到预期性能。设计结果:能通过矩阵键盘控制,实现十多种LED显示、语音播放、测温显示等模式选择。

本次设计的优势:与常见的LED广告屏相比,本次设计的小型商铺LED显屏系统不仅能实现普通广告屏显示广告的功能,还能实现语音播放、多种模式选择和温度提醒等功能,此系统性能更好、实用性更强。

关键词:LED显示屏;温度测量;按键控制;语音播放

Abstract

In daily life, LED display screen is used as a medium for displaying various kinds of information. In most places, LED display screens can be seen. In most shopping malls and shops, LED display screens are used to display advertisements.The design goal of this article is to implement LED display systems for small shops. It can be applied to small shops such as hair salons, canteens, etc. to display information required by customers for playing some favorable information in shops. At the same time, merchants can freely choose to display and play content.

The paper mainly studied how to select 16×64 LED dot matrix screen and YS-M3 voice playing module according to design requirements, and integrate it into the minimum system of 51 single chip microcomputer. Finally, it can achieve the expected performance through debugging. Design result: Through matrix keyboard control, more than ten kinds of LED display, voice playback, temperature display and other mode selection can be realized.

Advantages of this design: Compared with common LED advertising screens, the LED display system for small shops designed this time can not only realize the function of displaying advertisements on ordinary advertising screens, but also realize voice playback, multiple mode selection and temperature reminding, etc. Function, this system has better performance and practicality.

Key Words:LED display; temperature measurement; key control; voice playback

目录

第1章 绪论 1

1.1 目的与意义 2

1.2 国内外现状 3

1.3 章节内容简述 4

第2章 小型商铺LED显屏的系统设计 5

2.1 LED点阵屏的设计与分析 6

2.1.1 显示模块的选择 6

2.1.2 微处理器的选择 8

2.1.3 显示内容更新方式的选择 8

2.2 语音播放模块的选择与分析 8

2.3 测温模块的选择与分析 10

2.4 键盘模块的选择与分析 12

第3章 系统硬件设计 13

3.1 LED点阵屏的设计 13

3.1.1 LED点阵屏模块 13

3.1.2 LED的动态显示 14

3.1.3 LED显屏的处理器选择 15

3.2 语音播放电路设计 15

3.3 测温电路设计 17

3.4 按键电路设计 18

3.5 经济性分析 20

第4章 系统软件设计 21

4.1 主程序设计思想及流程 21

4.2 显示程序设计 21

4.3 语音播放程序设计 23

4.4 测温程序设计 24

4.5 按键程序设计 26

第5章 LED显屏系统的实现与调试 27

5.1 LED显屏系统效果 27

5.2 LED显屏显示效果 27

5.3 语音播放 29

5.4 温度显示 29

第6章 总结与展望 30

6.1 总结 30

6.2 展望 30

中外文参考文献 31

附录 33

致谢 34

第1章 绪论

随着科技的发展我们进入信息爆炸时代,每一个人都要获取信息,而人们日常生活中获得信息的途径主要是通过显示屏,目前常用的显示屏有LED显示屏等几种显示器。LED刚产生时只是作为小型指示灯应用,在计算机、收音机等中高档设备中使用,之后LED显示技术一直发展,到如今LED显示屏已经可以跟其他的显示屏产品进行竞争,这一点可以从我们的日常生活中随处可见的LED广告屏得到验证。高亮度、功耗小、寿命较长、和性能稳定等等诸多优点使得它被大众所看重并由此获得了更快速的发展。另一方面LED显示屏能显示各种动态的文、数字、图样等,增强了信息显示效果。最重要的是LED显示屏可应用于户内、外环境,不用局限于使用场地,这是投影设备、液晶显示屏等其他产品无法相比的优势。从最初仅能显示单一颜色的数字文字,到现在可以显示图片、视频等多媒体信息,还可以实现人屏互动,同时LED显示屏也向着智能化的方向摸索,相信LED显示屏以后会有更好的应用前景。

  随智能技术的普及,使用该技术的产品到处可见于人们的日常生活中,其让使用者能在较短的时间获得极好的体验。目前有一些LED智能显示屏产品,在性能、使用体验方面不能满足使用者的需求,市场反应不是很好。但我们也可以看到它的潜力,LED智能产品有着极好的前景,这都是可以预期的。真到了LED智能产品普及应用的时候,家家户户的窗门都有可能是LED智能显示屏,它检测室内外的温度及环境,从而调节温度、湿度及空气净化等让室内保持让人体舒适的环境。巨大的墙面可以是显示屏,它即是电视、又是镜子,也能是工作台、会议视屏,这要是你能想到的,它都能实现。同时智能LED显示屏也能应用在户外广告、各交通显示平台等社会广大领域。在可以想象到的外来,智能化的LED显示屏会应用在生活的方方面面[17]

智能LED显示屏是通过加载相应功能的检测传感器,将收集的数据通过微处理器进行数据处理,根据数据处理结果对外部控制装置进行控制及反馈,以实现人机交互和智能应用。但作为用于信息显示的传统LED显示屏只能实现简单的图像显示,性能低下且不能监控显示屏工作状态,而智能LED显示屏会对其作出改进,并在加入远程监控等功能,给使用者更好的使用体验。

此次设计目标是实现小型商铺LED显屏系统,它可以应用于一些特定的场景,如在一家发廊、小卖部等小商铺内,LED显示屏可以显示店铺内一些优惠信息、时间、当前室内外温度等客人商家所需的信息。同时可以外接如喇叭、有源音响等播放设备,同步播放上述信息,商家可以通过按键根据喜好与实际需求改变显示内容和播放内容,该系统可以达到一定的广告效应,并给顾客以别致的感受。

1.1 目的与意义

在日常生活中LED显示屏作为一种常见的用于展示各种信息的媒介,产量是较大的,其一般由发光二极管制成。由于它具有结实耐用、颜色多样以及对适用于室内外环境等优势,自上世纪80年代后期开始,由于LED制造技术得到突破,使得其在国外得到大规模的使用。在我国上世纪90年代的时候,由于市场经济发展需要在公开场合进行大规模的信息展示,LED显示屏得以被重视并有了一定的市场,使得LED显示屏设计制造技术在这一时期得到了极大发展,同时大量的使用也增加LED应用经验。

到了本世纪,可用于显示数字、汉字和简单图形的LED显示屏已广泛应用于室内外需要进行大众信息公布的公开场所,如银行、车站、机场、体育场馆等,详细占比见图1.1。而对于那些公布信息较少,分辨率要求不高,又需要成本相较低的应用场合,使用大小适合的LED点阵显示器是有较高性价比的。在商场、各交通场所售票大厅、银行等人流众多的公开场所,各种信息都能以LED显示屏为媒介,让人们更多地获取到他们想要的消息。当我们走在商场、商业步行街时,有着更直观的感受,哪一个地方有着我们需要的东西销售、哪一边是热销产品所在等等这些信息我们都是通过轻松获得,而这些信息是显眼的LED显示屏展示在我们面前的。就这一点来说LED显示屏已经超越了传统的广告牌,它必将在人们日常生活中扮演越来越重要的角色。此次设计的小型商铺LED显示屏系统,简单实用、价格低廉,能在许多小商铺使用,实用价值高,一定能得到广泛认可。

图1.1 LED应用场所占比

1.2 国内外现状

LED发展应用大体划分为三个时期:

第一个时期在1990到1995年之间,在这期间的LED显示屏发展出来了单、双色的图像文字屏。它们可以显示简单的数字、文字和图片,大部分应用于各种交通平台的售票大厅、商场、银行等公共场所,用于显示如时间地点、优惠和服务事项等公共信息。

第二个时期在1995到20世纪末,在这一时期研究出了多级灰度的双色显示屏,图像处理、数据通信技术等新技术的应用使得LED显示屏能快速发展。同时用于控制LED显示屏的集成电路芯片也在此时被开发出来并得以应用,这一成果使得国内在此时得以大规模制造LED显示屏并广泛使用,不用受制于外国芯片。

第三个时期是21世纪初至今,随着国内大量进口红、绿、蓝二极管,同时我国相关单位也研究制造这类二极管,使得全彩显示屏能得以大量制造,并大量涌入市场、广场等公众区域,使得大众可以在国内大多数地方看到全彩显示屏,这对于我国的国民生活水平是一次巨大的提升。

LED产业是国外发展较早,技术相对于国内也较为成熟,但国内的LED产业也是在不断发展进步,有赶超国外的势头。据相关机构的统计,从本世纪初至今,LED产业迅速发展,制造规模空前。目前在华南、东南等地有着许多重要的LED屏制造厂,这一分布形势主要是劳动力分布集中于该地区所导致的,但这些大型制造商的市场范围几乎覆盖整个国内场,这由图1.2所示的LED单元板批发企业区域产值所占比例可看出,这一成果是来自不易的。对于整个LED产业我国具有较强的开发能力,由于国内LED产品有着极好的性价比,使得国外同类产品很难打入中国市场,这就导致国内的LED显示屏份额几乎由国内制造商所占据。

图1.2 LED单元板批发企业区域产值所占比例

根据诸多资料表明,LED显示屏需求一直是呈现高增速状态。在本世纪初时,国内LED显示屏的市场表现就极好,而后在国际市场上得到良好展示,同时在国内也得到较大支持,LED显示屏于动态广告屏、商场、广场等诸多方面的销售市场进一步扩大[1]。目前国外比较著名且被大众所熟知的LED显示屏制造厂商有比利时的巴可、美国的达科等,国内比较好的的有上海三思、京东方等[3],这些厂商都是LED产业的领头羊,他们的业绩也是LED产业的晴雨表。经过多年的发展,国内LED产业的技术水平不断提高与国外的先进水平也不遑多让,其中主要产品和关键技术能与国际先进水平能达到一致,但我们也认识到国内的制造水平还比较落后,从公开资料可知在产品标准化、稳定性、检验测试手段等方面国内相关水平与国外先进水平相比相差较大。这一情况就突现了我们对LED显示屏设计开发的重大意义。

1.3 章节内容简述

第一章绪论:阐述选题背景,介绍小型商铺常见的LED显示屏简单发展过程与在生活中的应用,并详细介绍设计小型商铺LED显屏系统目的与意义,及其国内外现状;第二章方案论证与选择:介绍不同的设计方案,讨论基于应用不同外部设备方案的可行性与优缺点,以及讨论不同芯片或模块的选择;第三章系统硬件设计:详细介绍微处理器系统电路、LED模块电路、语音播放电路、测温电路等硬件电路的设计,包括电路原理与芯片、模块的引脚介绍;第四章系统软件设计:介绍主程序思路与流程图,以及显示程序、LED显示屏程序、语音播放程序、测温程序、按键程序的设计;第五章LED显屏系统的实现与调试,硬件及软件的调试。

第2章 小型商铺LED显屏的系统设计

大多数的小型商铺一般使用横幅、壁报等物品用于发布广告和吸引顾客,但这样有较大的局限性,具有一次性、实用性差的缺点,多次更换之后成本会较高。也有商铺使用LED显屏放置于门口用于显示店铺名或产品,但都是静态显示,实用性差。

此次毕设主要是设计一套应用于小型商铺的实用性较强,成本相对较低的LED显屏系统,实现小型商铺信息显示的智能化,主要研究内容和目标如下:

  1. 详细了解小型商铺所应用的LED显屏的发展现状,同时对应用不同类型芯片及传感器模块下的不同LED显屏系统方案进行比较分析,选定方案并对其应用原理进行学习了解。
  2. 根据小型商铺LED显屏的具体要求设计整体方案,根据方案要求确定各部分电路所用到的芯片,以及所需的传感器模块,确保各模块能够紧密配合并且互不影响,实现相应的设计需求。
  3. 搭建硬件平台,选择合适的微控制器芯片,根据设计需求选择符合要求的温度传感器模块、语音模块等外部扩展,搭建各部分电路。
  4. 编写程序,先编写各硬件模块的程序,使其能正常运行,这样有利于查找问题和主程序的调试,最终完成整体程序的设计。

其框架图如下图2.1所示:

图2.1 系统框架图

此次设计的技术方案和措施:

  1. 选择适合的单片机作为微处理器,如51单片机等性能好、实用性强的单片机,用于处理各外部电路传输的数据。
  2. LED显屏显示:采用LED单红单元板用于显示小型商铺所设定的广告、优惠信息及当前温度,并可以通过设置让LED显屏按某种规律闪烁或显示简易图案,用于吸引顾客。

(3)播放功能:通过语音模块播放LED显屏显示信息对应的音频,也可以播放一些简短的轻音乐,为顾客营造一种舒适的氛围。

(4)测温功能:通过温度传感器模块测出所处环境温度,之后于LED显示屏上显示,为顾客提供实时温度信息。

(5)选择功能:搭建键盘控制电路,用于选择系统中某一种固定的LED显屏显示及语音电路播放的内容,便于商家选择不同情况下的显示内容,同时按照需要更新显示内容。

2.1 LED点阵屏的设计与分析
2.1.1 显示模块的选择

LED显屏按照颜色可分为:单色、双色、全彩LED显示屏。其特点分别为:(1)单色屏:使用的单一颜色的发光二极管,常见的有红、绿两种,但也有黄、蓝等单色LED显示屏在特殊场所使用。但研究发现红色是发光二极管发光效率较高的颜色,所以大多数单色显屏都采用红色。(2)双色屏:一般是将红色、绿色发光二极管同时构成一个像素点,双色屏可单独显示红、绿色,也可以同时点亮以叠加显示黄色,最终可以通过灰度控制组合显示多种颜色。(3)全彩屏:将红、绿、蓝三种颜色的发光二极管同时放在一个像素单元,最终通过灰度控制可以显示绝大多数颜色。三种显示屏如下图2.2所示。

虽然颜色越多的LED显示屏显示效果更好,视觉冲击力越强,但考虑到成本和控制难度,此次设计选择采用单红LED点阵屏作为显示模块。

图2.2 按颜色分类的三种显屏

查阅资料可知,为了显示一个简单汉字至少需要长16宽16的矩阵像素点来显示。光是能显示文字还不能满足要求,必须还要考虑到亮度和观看效果的问题,为了在较远距离处能看的较为清楚,需要用到直径为3mm二极管像素组成的16×16LED显示模块,这才能让一个汉字能够获得长64mm宽64mm的显示空间,使得人们在距离10米远处仍能清晰地获得信息。本次毕业设计并未规定需要同时显示的字数限制,但为了能使人观看方便并考虑成本,此次设计选择LED显示屏能同时显示四个简体文字,为达到这一效果至少需要用4个长16宽16的LED模块组成长64宽16的显示屏,如下图2.3所示:

图2.3 16×64LED点阵屏

2.1.2 微处理器的选择

因本设计运用软件算法来实现LED点阵屏的滚屏滚动,而且数据传输方式为串行方式,这就要求微处理器单元的有较快的数据处理速度,此次设计选择单片机作为处理器,常见的有AVR单片机,C8051F单片机,C51单片机。这些型号的处理器的数据处理速度都符合要求,但AVR、C8051F系列的极限时钟频率一低一高均不合适,而且价格高昂,将其用于控制LED显示屏的显示有些大材小用。于是最好的决择是使用C51单片机,其最高时钟也较为适合,且有较多的输入/输出端口及内部资源,同时价格低廉。


2.1.3 显示内容更新方式的选择

串口下载、USB下载是比较常见的下载方法。此次设计在更新数据时,需要计算机与单片机进行一次通信,但传输的的数据量并不大,而且对通信的速度和可靠性没有太高的需求。所以在本设计中PC机串口用于下载数据,PC机串口为RS-232C标准,该标准对数据线没有特殊的要求,可以使用成本较少的普通双绞线等。同时只要有基础的程序编写能力,就能简单地编写串口驱动程序,这方便了工作人员或卖家对产品的使用。

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