互动LED显示屏的几种实现方案探讨

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1、文章编号：1006- 6268（2012）09- 0248- 05互动 LED 显示屏的几种实现方案探讨张金刚（深圳洲明科技股份有限公司，广东深圳 518103）摘要：目前，以数字化为主要特征的 LED 显示屏，已在很多领域得到应用，但通常都只是作为单一的显示屏，仅起显示作用，观众只能被动地接受所显示的信息，没有参与感。 本文提出了互动 LED 显示屏的概念，并介绍了实现互动 LED 显示屏的原理，使得 LED 显示屏不但能显示，而 且能够互动，增加了 LED 显示屏的趣味性，拓宽了 LED 显示屏的应用范围，并提供了几种实现 互动的方案，供同行或专家参考、讨论。关键词：定位；电阻式；电容感应

2、式；红外线式；表面声波式；多摄像头式；压力开关式；实时互动中图分类号：TN312+.8文献标识码：BInteractive LED Display Several Cases DiscussionZHANG Jin-gang(Unilumin Group Co., Ltd., Shenzhen Guangdong 518103, China)Abstract: At present, the digital LED display has been applied in many areas, but usually onlyused as a screen w ith audience pa

3、ssively accepting the information displayed, there is no sense of participation. In this paper, w e mentioned the concept of interactive LED display, and introduced the principle of interactive LED display. LED display not only can show information, but also interact w ith audience, w hich makes LED

4、 Display more interesting, broaden the scope of application of the LED display. This issue discusses several interactive programs, for reference by peers or experts, to discuss.Keywords: positioning; resistance; capacitive; infrared; surface acoustic w ave;multi- camerastyle; the pressure sw itch- m

5、ode; real- time interactive刷新频率、灰度级、自动控制、节能、屏体寿命、屏体安装表面平整度，还是安装的方便性、维护的便捷性和 应用范围广度等，都达到了一个比较高的水平。但还引 言随着 LED 显示屏技术的不断发展，对 LED 显示屏仅仅作为显示设备来说，已比较成熟，无论是性能是有美中不足，这些应用，都只是作为单一的显示器，只起显示作用，观众只能被动地接受所显示的信息图 1互动 LED 显示屏的原理框图有参与感。在互动方面，几乎没有，为零。现在介绍一种能够互动的 LED 显示屏，它通常 通过观众的触摸或近距离感应来实现，因此也叫触 屏或感应屏。它能让观众参与其中，也就是

6、显示的 面能随着观众的动作做出相应的变化。比如现在有 块地板屏，播放的是一个湖面的景色，看到湖中有 儿在游，当有人踏上去后，就会看湖面荡起波浪，鱼 吓得四处逃窜。再如墙壁上挂着一块 LED 显示屏， 示屏播放的画面中有一面大鼓和一把琴，只要你敲 大鼓，拨弄琴弦，就能分别看到鼓皮和琴弦的振动， 到鼓声和琴声。如何才能实现这样的效果呢？下面 来谈谈，实现实时互动效果的必要条件、原理和采 几种不同的方式来实现这样的互动效果。显示出播放的完整画面。在显示屏与观众互动时，显示屏上的位置感应器感应检测到互动观众的互动点，显示屏的定位控制器就将这个互动点的位置坐标信息回传给 LED 显示屏控制电脑，控制电脑

7、接收到位 置坐标信息后，控制软件能根据所接收到的坐标信息，去调用不同的程序文件和视频文件进行播放，LED 显示屏所显示的画面就有了相应的实时变化，达到实时互动的效果。实现互动 LED 显示屏的几种方案2从实现互动 LED 显示屏的必要条件和原理可以得知，它与传统的 LED 显示屏相比，主要有三点不 同：第一是控制软件的不同。传统 LED 显示屏在播放端，只需要普通的播放软件，将视频源播放出来就 行了，不需要接收其它的信号。而互动 LED 显示屏的则不同，它不但要能播放，而且还要能接收显示屏端回传过来的互动点位置坐标信息，收到位置坐标信息 后，控制软件能根据所接收到的坐标信息，去调用不 同的程序

8、文件和视频文件进行播放。这与我们在电脑 上玩游戏时一样，LED 显示屏就好像电脑显示器，互 动的观众就好像鼠标，互动点就好像鼠标位置，在不 同的位置点击鼠标，则调用不同的程序。第二是数据所传输的方向有所不同。传统 LED 显示屏的数据主要是从控制端向显示端传输，基本上 是单向。互动 LED 显示屏则增加了数据回传，属于双 向传输。第三是 LED 屏体显示端的不同。传统 LED 显示 屏只起显示作用，互动 LED 显示屏则还要感应、收 集、传输互动观众的互动点位置坐标信息，给互动点实现互动 LED 显示屏的必要条件、原理实现互动 LED 显示屏的必要条件：（1）要有一块能正常显示的 LED 显示

9、屏，像素间、屏体面积大小适中；（2）LED 显示屏与控制 PC 间能够相互通讯；（3）LED 显示屏能准确地知道观众互动的位置互动点或触摸点），并将位置坐标传送给控制 PC，也是给互动点定位；（4）控制 PC 接收到位置坐标信息后，控制软件 根据所播放的内容进行相应的实时变化，达到实时 动的效果。实现互动 LED 显示屏的原理框图： 经特殊处理过的待播放视频源，首先经过 LED示屏控制电脑中的特别播放软件播放。由 DVI 输，通过 DVI 线连接至视频信号处理的主控制器，再 过光纤或网线连接至信号分配器（HUB 板），分配定位。这是互动 LED 显示屏最重要、最关键的地方，根据互动点的感应和检

10、测方式的不同，主要有以下几种方式，可以用来实现 LED 显示屏的互动，供大 家探讨。多摄像头式互动 LED 显示屏就是利用两个或两个以上的摄像头，实时地对互 动观众进行摄像、拍照，并将这些照片送入图片分析 电脑，由软件自动对这些图片进行比对，找出其中的差异，再根据这些差异来定位，类似于人的双眼成像定位，确定互动观众的互动点位置，生成互动点位置 坐标信息，并将这些互动点位置信息传送给显示屏的 控制电脑，由它对显示屏显示内容进行控制，达到互 动的效果。它的特点是互动 LED 显示屏非常容易安 装，而且成本低廉，就是在普通的 LED 显示屏旁边或 顶上，加装几个摄像头，再配上相应的电脑和软件就 行了

11、，成本也十分低廉。缺点是定位不是很准确，定位 精度差，适合应用于定位精度要求不高的 LED 大屏。2.1点上的红外线而实现互动操作。红外线式互动 LED显示屏能做到很高的分辨率，具有很好的稳定性能，并且红外线互动屏不受电流、电压和静电干扰，抗光干扰能力也较强，能适宜恶劣的环境条件，比较适合 做成较大的互动 LED 显示屏，做到 20 平方米以上都 没有问题，工艺简单，容易实现，而且成本也较低。电容式互动 LED 显示屏它是利用人体的电流感应进行工作的。电容式互 动屏是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层2.4各涂有一层 ITO，最外层是一薄层矽土玻璃保护层，夹层 ITO 涂层作为工作面，四

12、个角上引出四个电极，内层 ITO 为屏蔽层以保证良好的工作环境。当手指触摸在金属层上时，由于人体电场，用户和触摸屏表 面形成以一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流，这个电流分别从触摸屏四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控 制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点 的位置。其主要缺点是有漂移：当环境温度、湿度改变时，环境电场发生改变时，都会引起电容屏的漂移，造成测量的定位不准确。这种方式只适合于像素间距非 常小，面积也较小的户内屏。另外还有一种电容式感应屏，特别适合用于大像素间距，面积也较大的户内和户外屏。它

13、是利用独立 的单键或多键电容式感应 IC，将 IC 的感应盘均匀分 布在 LED 屏的显示面，感应 IC 的感应盘透过绝缘介 质后，对互动观众的互动点做感应定位。绝缘介质通 常用有机玻璃或透明塑料来做。这种方式定位十分准 确，不存在定位不准确的问题，灵敏度也高，并且灵敏 度可以做调整。压力开关式互动 LED 显示屏此方式适合于地板屏，就是在 LED 显示屏的显 示表面，安装一层软的透明的橡胶板，压力开关嵌入 到橡胶板里面。当有人踏上地板屏，压力开关就会导通，定位控制器就会搜集到这些导通的压力开关信息，确定互动观众的互动点位置，有点类似于跳舞毯， 并将这些互动点位置信息传送给显示屏的控制电脑，

14、由它对显示屏显示内容进行控制，达到互动的效果。2.2红外线式互动 LED 显示屏红外线式互动 LED 显示屏，是在显示面的四周 安装一个电路板外框，电路板在屏幕四边排布红外发 射管和红外接收管，一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵，利用 X、Y 方向上密布的红外线矩阵来检测并定位观众的互动点（触摸点）。当有人触摸到屏幕时， 就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，因而可以判断出触摸点在屏幕的位置，任何触摸物体都可阻挡触2.3电阻式互动 LED 显示屏这种电阻式互动 LED 显示屏适合像素间距非常2.5，面积也较小的户内屏，它利用压力感应进行控制。阻式互动 LED 显示屏的主要部分是一块与显示屏 面紧密

15、配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有 层透明氧化金属（透明的导电电阻）导电层，上面再有一层外表面硬化处理、光滑、防擦的塑料层，它的表面也涂有一层涂层，在他们之间有许多细小的电阻类触摸屏的关键在于材料科技，常用的透明导电涂层材料有：（1）ITO，氧化铟，弱导电体，特性是当厚度降到1,800 个埃（埃 =10- 10 米）以下时会突然变得透明，透 光率为 80% ，再薄下去透光率反而下降，到 300 埃厚度时又上升到 80% 。ITO 是所有电阻技术触摸屏及电容技术触摸屏都用到的主要材料，实际上电阻和电 容技术触摸屏的工作面就是 ITO 涂层。（2）镍

16、金涂层，五线电阻触摸屏的外层导电层使用的是延展性好的镍金涂层材料，外导电层由于频繁 触摸，使用延展性好的镍金材料目的是为了延长使用寿命，但是工艺成本较为高昂。镍金导电层虽然延展性好，但是只能作透明导体，不适合作为电阻触摸屏 的工作面，因为它导电率高，而且金属不易做到厚度 非常均匀，不宜作电压分布层，只能作为探层。电阻式互动 LED 显示屏的主要特点：（1）它是一种对外界完全隔离的工作环境，不怕 灰尘、水汽和油污，稳定性高，寿命长，永不漂移；（2） 可以用任何物体来触摸，可以用来写字画 画，这是它们比较大的优势；（3） 电阻触摸屏的精度只取决于 A/D 转换的精度，因此都能轻松达到 4,0964

17、,096，比较而言，五 线电阻比四线电阻在保证分辨率精度上还要优越，但是成本代价大；（4）对触摸反应灵敏、迅速，触摸表面可做提高小于 1/1,000 英寸） 的透明隔离点把两层导电层隔绝缘。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位就有了接触，电阻发生变化，在 X 和 Y 两个方向上 生信号，然后送给显示屏互动点位置控制器。控制 侦测到这一接触并计算出（X，Y）的位置，再将这个 置的坐标传回给大屏控制电脑，以模拟鼠标的方式 作。这就是电阻技术互动屏的最基本的原理，它主 可分为四线和五线电阻屏：四线电阻屏的两层透明金属层工作时每层均增5V 恒定电压：一个竖直方向，一个水平方向，总共 四根电缆。五线电

18、阻屏的基层把两个方向的电压场通过精 电阻网络都加在玻璃的导电工作面上，我们可以简地理解为两个方向的电压场分时工作加在同一工面上，而外层镍金导电层仅用来当作纯导体。有触 后，分时检测内层 ITO 接触点 X 轴和 Y 轴电压值 方法测得触摸点的位置。五线电阻触摸屏内层 ITO 四条引线，外层只作导体仅仅一条，触摸屏的引出面光面及雾面处理方式。良好，反应灵敏，不受温度、湿度等环境因素影响，分辨率高，寿命长（维护良好情况下 5,000 万次）；透光 率高（92%），能保持清晰透亮的图像质量；没有漂表面声波式互动 LED 显示屏表面声波，它是超声波的一种，在介质（例如玻 璃或金属等刚性材料）表面浅层传

19、播的机械能量波。通过楔形三角基座 （根据表面波的波长严格设计）， 可以做到定向、小角度的表面声波能量发射。表面声波性能稳定，易于分析，并且在横波传递过程中具有非常尖锐的频率特性，表面声波相关的理论研究、半 导体材料、声导材料、检测技术等技术都已经相当成 熟。表面声波互动屏的互动点检测感应部分可以是 一块平面、球面或是柱面的透明平板，安装在 LED 显示屏幕的前面。玻璃屏的左上角和右下角各固定 了竖直和水平方向的超声波发射换能器，右上角和 左下角则固定了两个相应的超声波接收换能器。玻 璃屏的四个周边则刻有 45角由疏到密间隔非常 精密的反射条纹。当手指或软性物体触摸屏幕，部分声波能量被吸 收，于

20、是改变了接收信号，经过控制器的处理得到互 动点的 X、Y 坐标。除了一般触摸屏都能响应的 X、Y 坐标外，表面声波触摸屏还响应第三轴 Z 轴坐标，也 就是能感知用户触摸压力大小值。其原理是由接收信 号衰减处的衰减量计算得到。三轴一旦确定，控制器 就把它们传给主机。表面声波触摸屏的特点：互动点检测感应部分可以是平面，也可以是曲 面，且有第三轴（即压力轴）响应。另外，它的抗刮伤性2.6移，只需安装时一次校正。表面声波屏需要经常维护，因为灰尘、油污甚至饮料的液体玷污在屏的表面，都会阻塞触摸屏表面的导波槽，使声波不能正常发射，或使波形改变而控制器无法正常识别，从而影响触摸屏的正常使用、用户需严格注意环

21、境卫生，必须经常 擦抹屏的表面以保持屏面的光洁，并定期作一次全面 彻底的清洁。结论3以上列举了 6 种不同的方式来实现互动 LED 显示屏，具有单点和多点互动方式，它们各有特点，适合 于不同的应用环境和要求，可供探讨、选择。参考文献1 翁小平. 触摸感应技术及其应用：基于 CapSense M . 北 京：北京航空航天大学出版社.2 周志敏，纪爱华. 触摸屏实用技术与工程应用M . 北京：人 民邮电出版社（总社）.作者简介：张金刚（1974- ），男，重庆人，曾在港资企业 LIGHTHOUSE 工作近 10 年，任研发部主管，2008年 6 月入职深圳洲明科技，任研发部经理，从事 LED显示屏相关的产品开发工作。