CN107909962A - 一种自适应智能调节车外led显示系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应智能调节车外LED显示系统及控制方法，本发明不仅可以根据轨道车辆外部可见光照度自动调节LED显示屏的显示亮度以及显示颜色，适应多种运用环境，适用于在各种轨道交通列车上安装使用，为旅客提供可靠的信息显示的同时，提高旅客视觉和心理的感受舒适度，增强人文关怀。本发明还具有易于实现、操作方便、维护成本低、节能环保、客户界面友好的特点，能够根据客户需求进行设置和修改人性化的颜色和亮度显示。

Description

一种自适应智能调节车外LED显示系统及控制方法

技术领域

本发明涉及轨道交通列车信息显示技术领域，特别是一种提升轨道列车旅客舒适度的自适应智能调节车外LED显示系统。

背景技术

常规的轨道交通列车应用中，车外LED点阵显示屏安装在列车前端和车身两侧，向站台上的旅客提供如车号、车次、起始站、终点站、当前站、引导信息、禁烟标志等文本、图标信息。

目前轨道交通列车常用的车外LED显示屏采用恒定电流驱动高亮度或超高亮度单色或双色LED点阵方式，其显示亮度不可调节，并且车外LED显示屏亮度的设置仅考虑了在运行环境最高照度条件下，乘客站在一定距离区域内能够清晰观看车辆前端或车辆侧面LED显示屏显示的内容，其亮度的设置为固定高亮或超高亮。

轨道交通列车的行车环境并非单一路况，多种行车环境可能并存，例如处于隧道内或高架桥上或户外、阴雨天或晴天、白天或黑夜，室内站台或室外站台等。不同环境下的车辆外部光照条件不同，旅客对车外LED显示屏的显示（尤其是亮度和颜色）效果感受也不同。车外LED显示屏的高亮度尤其是超高亮显示在较低照度环境下会让人的眼睛觉得刺眼、不舒服，甚至难以忍受。因此，亮度不可调节的LED显示屏不能同时满足多种行车环境下旅客观看信息的舒适度要求。LED亮度和其工作电流成正比，亮度越高功耗越高。在低光照环境下，LED显示屏的亮度设置过高，造成能源浪费。

目前不同类型的轨道交通列车（如客车、动车组、地铁、低地板有轨列车等）的车外LED显示屏不能互为通用产品，不能统型设计以减少设计成本。例如，因为运行环境的差异，要求动车组列车的车外LED显示屏的亮度比地铁列车的车外LED显示屏的亮度高。常规的轨道交通列车应用中，LED显示屏采用单色（红或绿或黄）或双色（红、绿）LED点阵，显示颜色受LED硬件限制，通过预定义的设置，固定显示单色或双色或三色。单色（红或绿或黄）LED点阵显示屏显示颜色只能为单红色或单绿色或单黄色，双色LED点阵显示屏显示颜色为三种模式：固定单色（红或绿或黄）、三色（红、绿、黄色）、双色（三色中的两色）。LED显示屏的颜色模式一旦设定后，就不再改变，旅客的视觉感受较单一，容易审美疲劳，不能满足旅客不断变化的视觉感受要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种能够根据光感原理自动识别外部光照条件的轨道列车车外LED显示系统，从而提升轨道交通列车旅客舒适性感受。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种自适应智能调节车外LED显示系统，包括设置在列车前端或侧面的LED显示屏，其特征在于：所述LED显示屏上设置有两个光电开关，分别为光电开关一和光电开关二，光电开关一和光电开关二与车载信息显示控制及数据存储单元电连接，车载信息显示控制及数据存储单元与单片机之间通过设置RS485通信模块进行通信，单片机的输出口分别与列驱动模块和行驱动模块连接，列驱动模块的每一个输出口与一列LED连接，行驱动模块的每一个输出孔与一行LED连接，共n行、m列，构成n*m LED矩阵模块。

作为优选实施例，所述列驱动模块共有两个，其型号为74HC595，每个列驱动模块均有8个输出口。

作为优选实施例，所述行驱动模块的型号为74HC154，具有16个输出口。

作为优选实施例，所述单片机的型号为STC89C52。

作为优选实施例，所述光电开关一的型号为FF-LUAN61RC，光电开关二的型号为FF-LUAN65RC。

本发明所述车载信息显示控制及数据存储单元还与便携式终端设备和车载中央控制系统电连接。

作为优选实施例，共16行、16列，构成16*16的 LED矩阵模块。

一种自适应智能调节车外LED显示系统的控制方法，光电开关采集车体外部可见光，并利用光电效应，将对外部光照做出反应产生的光信号转化成电信号传送至车载信息显示控制及数据存储单元；车载信息显示控制及数据存储单元将采集到的电信号通过设定阀值分为多级进行识别，识别出不同级别的外部光照环境，自动输出对应的控制信号给LED显示屏控制电路，从而控制LED点阵行驱动电路和LED点阵列驱动电路，通过脉宽调制方式使得LED点阵的亮度改变；车载信息显示控制及数据存储单元同时接收来自车载中央控制系统的时钟信号和车站代码，还接收来自便携式终端设备输入的人性化颜色和亮度参数配置，LED显示屏控制电路接收车载信息显示控制及数据存储单元发来的上述时钟信号、车站代码、颜色和亮度参数数字化信息，并转化成控制信号和显示信息代码发送到LED显示屏驱动电路，驱动LED点阵的点亮，实现颜色显示和信息显示，最终实现LED显示屏在不同时刻和不同车站显示的颜色进行自动变化。

当车载信息显示控制及数据存储单元识别外部光照低于50Lux时，控制LED显示屏低亮度显示；当车载信息显示控制及数据存储单元识别外部光照高于50Lux低于100Lux时，控制LED显示屏中亮度显示；当车载信息显示控制及数据存储单元识别外部光照高于100Lux时，控制LED显示屏高亮度显示。

车载信息显示控制及数据存储单元采集光电开关一和光电开关二的信号，经过逻辑运算，通过RS485通信模块接口输出3种亮度级别的控制信号给单片机，单片机对应输出3种列代码给红LED列驱动模块和绿LED列驱动模块，列驱动模块的并行输出口脉冲信号的低电平占比分为3种，从而使得LED点亮的时间分为3个等级，LED点阵的显示亮度分为3个等级；车载信息显示控制及数据存储单元通过以太网接口接收车载中央控制系统的时钟、车站代码等信息，接收便携式终端设备输入的人性化配置参数，通过RS485通信模块接口自动对应输出不同的控制信号给单片机，单片机输出行代码信号给LED点阵行驱动模块，分别输出列代码给红LED列驱动模块和绿LED列驱动模块，并控制红LED列驱动模块和绿LED列驱动模块的输出，行驱动模块按行扫描方式依次驱动16行LED，每行包括 8个红LED和8个绿LED，红LED列驱动模块和绿LED列驱动模块并行输出分别控制红LED列和绿LED列的亮灭和点亮的时间，从而改变LED显示屏显示颜色和亮度。

在LED显示屏显示面不易被遮挡部位安装作为光敏元器件的光电开关一和二，用于采集车体外部可见光。利用光敏元器件的光电效应，将对外部光照做出反应产生的电信号传送到车载信息显示控制及数据存储单元。车载信息显示控制及数据存储单元将采集到的电信号通过设定阀值分为多级进行识别，识别出不同级别的外部光照环境，自动输出对应的控制信号给LED显示屏控制电路，从而控制LED点阵行驱动电路和LED点阵列驱动电路，通过脉宽调制方式使得LED点阵的亮度改变。另外，LED显示屏控制电路还接收车载信息显示控制及数据存储单元发来的数字化信息，转化成控制信号和显示信息代码发送到LED点阵驱动电路，驱动LED点阵的点亮，实现颜色显示和信息显示。车载信息显示控制及数据存储单元接收来自车载中央控制系统的时钟信号和车站代码，并将根据时刻和车站来输出控制信号到LED显示屏控制电路，使得LED显示屏在不同时刻和不同车站显示的颜色进行自动变化。车载信息显示控制及数据存储单元还可以连接安装有客户软件的便携式终端设备，如电脑、平板电脑、手机等，接收来自外部的人性化颜色和亮度参数配置，最终输入到LED显示屏进行显示。

本发明涉及的LED显示屏正常通电并显示时，当车载信息显示控制系统识别到外部光照变强达到一个预定义的阀值时，自动控制LED显示屏调高显示亮度；当车载信息显示控制系统识别到外部光照变弱降到一个预定义的阀值时，自动控制LED显示屏调低显示亮度，也降低能源消耗。这种亮度调节不是线性的，而是多级的。为达到更高精度的调节，通过软件控制LED显示屏控制电路输出更细化级别的控制信号给驱动电路，使得驱动电路输出不同占空比的光脉冲驱动信号。LED显示屏自适应外部光照环境调节亮度，不但可以减少能源消耗，更突出的特点是能够适应多种行车环境，适用于在各种轨道交通列车上安装使用，适用性广，有效降低设计成本。在较低光照环境下，自动调低亮度，保证旅客可靠观看信息的同时，给人以更舒适的视觉和心理感受，减少光污染。

当车载显示控制及数据存储单元识别到外部光照明暗变化较频繁，可以结合当时所处的时刻（白天或黑夜）和车站（室内或室外），对LED显示屏进行亮度控制。例如在白天8:00至15:00之间的时段，列车所处车站为室外车站，车载显示控制系统识别到外部光照明暗变化频繁，可以默认识别外部光照环境为明亮，控制LED显示屏高亮显示。

在车载信息显示控制及数据存储单元内输入并存储预先定义好的人性化颜色和亮度设置参数。通过安装有客户软件的便携式终端设备（如电脑、平板电脑、手机等）连接车载信息显示控制及数据存储单元，修改预先定义的设置参数，快速、方便地调整显示屏的显示颜色和亮度，无需更换硬件，操作简单，维护成本低。

本发明采用上述方案后，具有如下技术效果：

本发明不仅可以根据轨道车辆外部可见光照度自动调节LED显示屏的显示亮度以及显示颜色，适应多种运用环境，适用于在各种轨道交通列车上安装使用，为旅客提供可靠的信息显示的同时，提高旅客视觉和心理的感受舒适度，增强人文关怀。本发明还具有易于实现、操作方便、维护成本低、节能环保、客户界面友好的特点，能够根据客户需求进行设置和修改人性化的颜色和亮度显示。

附图说明

图1是本发明所述LED显示系统的控制原理示意图。

图1中：1为LED点阵模块，2为列驱动模块，3为行驱动模块，4为单片机， 5为RS485通信模块，6为车载信息显示控制及数据存储单元，7为光电开关一，8为光电开关二，9为便携式终端设备，10为车载中央控制系统，电阻R1~R16的阻值为470Ω，电阻R17~R32的阻值为10KΩ，D1~D16为三极管（8550），晶振为12MHz，C1、C2为22pF电容，C3为0.1μF电容，C4为100μF电容，D17、D18为二极管。

图2是本发明所述控制方法的流程图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。。

如图1所示，本发明所述种自适应智能调节车外LED显示系统，包括设置在车体外的LED显示屏，所述LED显示屏上设置有两个光电开关，分别为光电开关一7和光电开关二8，光电开关一7和光电开关二8与车载信息显示控制及数据存储单元6电连接，车载信息显示控制及数据存储单元6与单片机4之间通过设置RS485通信模块5进行通信，单片机4的输出口分别与列驱动模块和行驱动模块连接，每一个列驱动模块2的输出口与一列LED连接，每一个行驱动模块3的输出口与一行LED连接，共n行、m列，构成n*m LED矩阵模块1；所述车载信息显示控制及数据存储单元6还与便携式终端设备9和车载中央控制系统10电连接。

如图1所示，本实施例中共16行、16列，构成16*16的 LED矩阵模块，LED点阵模块为红、绿双色，LED列从左往右，奇数位为红LED，偶数位为绿LED，图1中左边的列驱动模块为红LED列驱动，右边的列驱动模块为绿LED列驱动。

本实施例中LED显示屏控制主板中所述列驱动模块2共有两个，每个列驱动模块均有8个输出口，其型号为74HC595，两个列驱动模块分别用于驱动红、绿LED列；所述行驱动模块3的型号为74HC154，具有16个输出口；所述单片机4的型号为STC89C52；所述光电开关一7的型号为FF-LUAN61RC，光电开关二8的型号为FF-LUAN65RC，在其他实施例中还可以选择其他型号的列驱动模块、行驱动模块、单片机及光电开关一、二。

在其他实施例中还可以将LED显示屏设计成三色LED点阵，显示系统根据轨道交通列车运行的光照环境和时刻，自动地调节LED显示屏的显示颜色，给人以更舒适的视觉和心理感受，增强人文关怀。颜色显示方案如下：

方案一：显示屏采用双色（红、绿）LED点阵，可以显示红、绿、黄（红绿混色）三种颜色。

方案二：显示屏采用三色（红、绿、蓝）LED点阵，三色通过暗或亮、混色，可以显示256×256×256=16777216种颜色。

在外部光照较强的情况下，将LED显示屏设置成红色显示，更加醒目。在夜晚时段，将LED显示屏设置成绿色显示，更加柔和。利用色差，当列车处于红色系背景颜色较多的车站，将LED显示屏设置成绿色或黄色显示，可以更好的提醒旅客。在旅客较为拥挤的车站或时段，将LED显示屏设置成绿色显示，可以缓和人们的紧张和烦躁情绪。

晴天室内照度为100~1000 Lux，阴天室外照度为50~500 Lux，阴天室内照度为5~50 Lux。夜晚时在使用中的站台有灯具进行照明，有棚站台地面最低照度为15 Lux，无棚站台地面最低照度为10 Lux。国内车站大多数为有棚车站。因此根据50 Lux和100 Lux两个阀值选择光电开关。

单片机的P1口低4位输出行代码到行驱动器，行驱动器经过译码后生成16条行选通信号线（高电平为通），依次驱动16行LED，每行16个LED（8个红LED和8个绿LED）。

两个列驱动器分别驱动8列红LED列和8列绿LED列。LED列低电平为通。单片机的P0.0口输出列代码到红LED列驱动器，红LED列驱动器的并行输出口Q0~Q7分别输出高低电平变化的脉冲信号同时控制8列红LED列。当红LED行输入为高电平且红LED列输入为低电平时红LED点亮，其他输入红LED不点亮。

单片机的P0.5口输出列代码到绿LED列驱动器，绿LED列驱动器的并行输出口Q0~Q7分别输出高低电平变化的脉冲信号同时控制8列绿LED列。当绿LED行输入为高电平且绿LED列输入为低电平时绿LED点亮，其他输入绿LED不点亮。

通过周期性地改变并行输出口Q0~Q7脉冲信号的低电平的宽度，可以周期性地改变LED点亮的时间，从而改变LED点阵的显示亮度。在一个周期内，脉冲信号的低电平所占宽度越大，LED点亮的时间越长，LED点阵的亮度越高。

单片机的P0.4口输出控制信号到红LED列驱动器，控制红LED列驱动器的并行输出。当P0.4口输出为低电平时，红LED列驱动器输出并行信号驱动红LED列。当P0.4口输出为高电平时，红LED列驱动器不输出。单片机的P0.6口输出控制信号到绿LED列驱动器，控制绿LED列驱动器的并行输出。当P0.6口输出为低电平时，绿LED列驱动器输出并行信号驱动绿LED列。当P0.6口输出为高电平时，绿LED列驱动器不输出。单片机控制P0.4和P0.6口的输出，就可以控制红LED列驱动器和绿LED列驱动器的并行输出，从而控制红LED和绿LED的点亮。红LED点亮，但绿LED不点亮时，LED点阵显示红色字体或符号。红LED不点亮，但绿LED点亮时，LED点阵显示绿色字体或符号。红绿LED同时点亮时，LED点阵显示黄色字体或符号。

如图2所示，利用光电开关采集车体外部可见光，并利用光电效应，将对外部光照做出反应产生的光信号转化成电信号传送至车载信息显示控制及数据存储单元；车载信息显示控制及数据存储单元将采集到的电信号通过设定阀值分为多级进行识别，识别出不同级别的外部光照环境，自动输出对应的控制信号给LED显示屏控制电路，从而控制LED点阵行驱动电路和LED点阵列驱动电路，通过脉宽调制方式使得LED点阵的亮度改变；车载信息显示控制及数据存储单元同时接收来自车载中央控制系统的时钟信号和车站代码，还接收来自便携式终端设备输入的人性化颜色和亮度参数配置，LED显示屏控制电路接收车载信息显示控制及数据存储单元发来的上述时钟信号、车站代码、颜色和亮度参数数字化信息，并转化成控制信号和显示信息代码发送到LED显示屏驱动电路，驱动LED点阵的点亮，实现颜色显示和信息显示，最终实现LED显示屏在不同时刻和不同车站显示的颜色进行自动变化。

车载信息显示控制及数据存储单元6采集光电开关一和光电开关二的信号，经过逻辑运算，通过RS485通信模块接口输出亮度控制信号（3级：低、中、高）给单片机4，单片机对应输出3种列代码给红LED列驱动器和绿LED列驱动器。列驱动器的并行输出口Q0~Q7脉冲信号的低电平占比分为3种（10%、50%、100%），从而使得LED点亮的时间分为3个等级（短、中、长），LED点阵的显示亮度分为3个等级（低、中、高）。

车载信息显示控制及数据存储单元存储预定义显示信息，通过以太网接口接收车载中央控制系统的时钟、车站代码等信息，接收外接便携式终端设备（如笔记本电脑）输入的人性化配置参数，通过RS485接口自动对应输出不同的控制信号给单片机，单片机输出行代码信号给LED点阵行驱动器，分别输出列代码给红LED列驱动器和绿LED列驱动器，并控制红LED列驱动器和绿LED列驱动器的输出。行驱动器按行扫描方式依次驱动16行LED，每行16个LED（8个红LED和8个绿LED）。红LED列驱动器和绿LED列驱动器的并行输出分别控制红LED列和绿LED列的亮灭和点亮的时间，从而改变LED显示屏显示颜色和亮度。

光电开关一7探测到外部光照低于100Lux时，其内部常开继电器触点闭合，输出数字信号“1”（高电平）给车载信息显示控制及数据存储单元。光电开关二8探测到外部光照低于50Lux时，内部常开继电器触点闭合，输出数字信号“1”（高电平）给车载信息显示控制及数据存储单元。

当光电开关一和光电开关二都输出为“1”时，车载信息显示控制及数据存储单元识别外部光照低于50Lux，控制LED显示屏低亮度显示。当光电开关一输出“1”，光电开关二输出为“0”（低电平）时，即车载信息显示控制及数据存储单元识别外部光照高于50Lux但低于100Lux，控制LED显示屏中亮度显示。当光电开关一和光电开关二都输出为“0”（低电平）时，即车载信息显示控制及数据存储单元识别外部光照高于100Lux，控制LED显示屏高亮度显示。车载信息显示控制及数据存储单元检测到光电开关一和光电开关二输出逻辑不为上面三种情形时，可以输出“光电开关故障”信号驱动声光报警。

通过软件设置外部因素如光照环境、时刻、车站等影响LED显示屏显示亮度和颜色控制的优先级。推荐设置为外部光照环境对LED显示屏显示亮度控制的优先级最高，车站对LED显示屏显示颜色控制的优先级最高。优先级设置可以根据用户要求进行修改。

通过安装有客户软件的便携式终端设备连接到车载信息显示控制及数据存储单元，远程编辑和修改LED显示屏的颜色和亮度的人性化设置，

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种自适应智能调节车外LED显示系统，包括设置在列车前端或侧面的LED显示屏，其特征在于：所述LED显示屏上设置有两个光电开关，分别为光电开关一（7）和光电开关二（8），光电开关一（7）和光电开关二（8）与车载信息显示控制及数据存储单元（6）电连接，车载信息显示控制及数据存储单元（6）与单片机（4）之间通过设置RS485通信模块（5）进行通信，单片机（4）的输出口分别与列驱动模块和行驱动模块连接，列驱动模块（2）的每一个输出口与一列LED连接，行驱动模块（3）的每一个输出口与一行LED连接，共n行、m列，构成n*mLED矩阵模块。

2.根据权利要求1所述的自适应智能调节车外LED显示系统，其特征在于：所述列驱动模块（2）共有两个，其型号为74HC595，每个列驱动模块（2）均有8个输出口。

3.根据权利要求2所述的自适应智能调节车外LED显示系统，其特征在于：所述行驱动模块（3）的型号为74HC154，具有16个输出口。

4.根据权利要求3所述的自适应智能调节车外LED显示系统，其特征在于：所述单片机（4）的型号为STC89C52。

5.根据权利要求1所述的自适应智能调节车外LED显示系统，其特征在于：所述光电开关一（7）的型号为FF-LUAN61RC，光电开关二（8）的型号为FF-LUAN65RC。

6.根据权利要求1所述的自适应智能调节车外LED显示系统，其特征在于：所述车载信息显示控制及数据存储单元（6）还与便携式终端设备（9）和车载中央控制系统（10）电连接。

7.根据权利要求1所述的自适应智能调节车外LED显示系统，其特征在于：共16行、16列，构成16*16的 LED矩阵模块。

8.一种自适应智能调节车外LED显示系统的控制方法，其特征在于：光电开关采集车体外部可见光，并利用光电效应，将对外部光照做出反应产生的光信号转化成电信号传送至车载信息显示控制及数据存储单元；车载信息显示控制及数据存储单元将采集到的电信号通过设定阀值分为多级进行识别，识别出不同级别的外部光照环境，自动输出对应的控制信号给LED显示屏控制电路，从而控制LED点阵行驱动电路和LED点阵列驱动电路，通过脉宽调制方式使得LED点阵的亮度改变；车载信息显示控制及数据存储单元同时接收来自车载中央控制系统的时钟信号和车站代码，还接收来自便携式终端设备输入的人性化颜色和亮度参数配置，LED显示屏控制电路接收车载信息显示控制及数据存储单元发来的上述时钟信号、车站代码、颜色和亮度参数数字化信息，并转化成控制信号和显示信息代码发送到LED显示屏驱动电路，驱动LED点阵的点亮，实现颜色显示和信息显示，最终实现LED显示屏在不同时刻和不同车站显示的颜色进行自动变化。

9.根据权利要求8所述的自适应智能调节车外LED显示系统的控制方法，其特征在于：车载信息显示控制及数据存储单元识别外部光照低于50Lux时，控制LED显示屏低亮度显示；当车载信息显示控制及数据存储单元识别外部光照高于50Lux低于100Lux时，控制LED显示屏中亮度显示；当车载信息显示控制及数据存储单元识别外部光照高于100Lux时，控制LED显示屏高亮度显示。

10.根据权利要求8所述的自适应智能调节车外LED显示系统的控制方法，其特征在于：车载信息显示控制及数据存储单元采集光电开关一和光电开关二的信号，经过逻辑运算，通过RS485通信模块接口输出3种亮度级别的控制信号给单片机，单片机对应输出3种列代码给红LED列驱动模块和绿LED列驱动模块，列驱动模块的并行输出口脉冲信号的低电平占比分为3种，从而使得LED点亮的时间分为3个等级，LED点阵的显示亮度分为3个等级；车载信息显示控制及数据存储单元通过以太网接口接收车载中央控制系统的时钟、车站代码等信息，接收便携式终端设备输入的人性化配置参数，通过RS485通信模块接口自动对应输出不同的控制信号给单片机，单片机输出行代码信号给LED点阵行驱动模块，分别输出列代码给红LED列驱动模块和绿LED列驱动模块，并控制红LED列驱动模块和绿LED列驱动模块的输出，行驱动模块按行扫描方式依次驱动16行LED，每行包括8个红LED和8个绿LED，红LED列驱动模块和绿LED列驱动模块并行输出分别控制红LED列和绿LED列的亮灭和点亮的时间，从而改变LED显示屏显示颜色和亮度。