專利名稱：燈箱式動態(tài)模擬屏的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種顯示裝置，尤其是動態(tài)地顯示可變信息的裝置。
目前在廣告中經(jīng)常使用的燈箱是通過其箱體內(nèi)部的照明燈將屏面上的圖案照射出來，它可以顯示流暢、亮麗的畫面，色彩效果豐富，但它只是一種靜止狀態(tài)，不能進行動態(tài)顯示；而工業(yè)上已有的馬賽克模擬屏，是由成千上萬個小塑料塊拼湊而成的，發(fā)光的電子元件安裝在其上，可通過點陣的組合對工業(yè)過程(如工藝流程、運行狀態(tài)等)進行動態(tài)顯示，但其圖形生硬、色彩效果單調(diào)，且屏面易變形。
本實用新型的目的在于提供一種可以用形象、亮麗的畫面對工業(yè)過程進行動態(tài)顯示的模擬屏及其控制方法。
本實用新型的解決方案如下模擬屏中包括箱體、屏面、照明燈等，其特征為在顯示畫面的屏面上設置發(fā)光電子元件、通過支架固定；所述的發(fā)光電子元件為數(shù)碼管或發(fā)光管，每一組數(shù)碼管4通過數(shù)碼管驅(qū)動單元3與主控制器2的通訊口相連，每一組發(fā)光管6通過發(fā)光管驅(qū)動單元5與主控制器的并行口相連，主控制器的輸入端與計算機1的通訊口相連。
也就是說，本實用新型是將燈箱和馬賽克模擬屏兩者的技術有機地結(jié)合為一體，以燈箱的結(jié)構為基礎，在其顯示畫面的屏面上適當位置處設置發(fā)光電子元件，通過計算機及主控制器等對發(fā)光電子元件進行顯示控制。其中，燈箱的箱體可以是由金屬或塑料、壓制密度板等材料制成，以框架支撐著屏面。至少有一個屏面可顯示畫面，例如采用膠片或燈箱布制作、直接或通過透明的玻璃、塑料等材料固定在框架上。照明燈設置于箱體內(nèi)側(cè)，即與顯示畫面的屏面相對的面上，均勻分布并且采用可調(diào)節(jié)與屏面之間距離的支架安裝，以使光照均勻并與發(fā)光電子元件的光強相適應、減少陰影的產(chǎn)生。所需要顯示的工藝流程、運行狀態(tài)等畫面可通過現(xiàn)有的燈箱畫面制作工藝印制到膠片或燈箱布上，在需要顯示參數(shù)、路徑等動態(tài)流程的部位設置發(fā)光電子元件，即常用的數(shù)碼管、發(fā)光管(如發(fā)光二極管或小燈泡)等，通過金屬或塑料的支架固定在箱體上。支架應在強度許可的條件下盡量細、薄以減少陰影的產(chǎn)生，若為可彎曲的金屬絲、片等，應采用兩端可調(diào)的固定方式使其保持足夠的張緊度，以保證發(fā)光電子元件的定位。數(shù)碼管可用于顯示流程中的溫度、壓力、流量等參數(shù)，而發(fā)光管可用于顯示流程中變化的工藝曲線、流動路徑等圖形。顯示同一個參數(shù)用的多個數(shù)碼管為一組、與一個數(shù)碼管驅(qū)動單元相連(設為一個地址)，每個數(shù)碼管驅(qū)動單元再與主控制器相連。每組數(shù)碼管的具體個數(shù)由所需顯示的參數(shù)之位數(shù)而決定，例如，兩位數(shù)即為兩個，四位數(shù)即為四個。顯示同一條曲線、路徑等圖形用的多個發(fā)光管為一組、與至少一個發(fā)光管驅(qū)動單元相連(設為一個地址)，每個發(fā)光管驅(qū)動單元再與主控制器相連。每組發(fā)光管的具體個數(shù)由所需顯示的曲線、路徑或其它圖形的形狀或長短、大小而決定，例如，可以是幾個，也可以是數(shù)十個、上百個；每個發(fā)光管驅(qū)動單元所帶的發(fā)光管最大數(shù)量由發(fā)光管驅(qū)動單元本身所具備的輸出功率及發(fā)光管所需要的消耗功率大小來決定，例如，發(fā)光管驅(qū)動單元的輸出功率為1W，發(fā)光管選用消耗功率為0.02W的發(fā)光二極管，則該發(fā)光管驅(qū)動單元就最多能與50個發(fā)光二極管連接。如果同一組中所用的發(fā)光管數(shù)量較多，也可以采用多個發(fā)光管驅(qū)動單元帶動(只要注意將同組的發(fā)光管在主控制器中設為同一地址)。主控制器的輸入端則與能夠?qū)Ω靼l(fā)光電子元件所需的顯示數(shù)據(jù)進行處理及程序控制的計算機的通訊口相連。
以上所述的主控制器由單片機7、發(fā)送器8、鎖存器9、程序存儲器10、數(shù)據(jù)存儲器11、并行口12、三態(tài)收發(fā)器13及其輔助電路等組成，其中，單片機的通訊口與計算機的通訊口對應相連，同時，單片機的通訊口還通過發(fā)送器與數(shù)碼管驅(qū)動單元中的接收器相連，單片機的地址/數(shù)據(jù)端口一方面通過鎖存器與程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器相連，另一方面也直接與程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器以及并行口相連，并行口再與三態(tài)收發(fā)器相連，三態(tài)收發(fā)器的輸出與發(fā)光管驅(qū)動單元中的觸發(fā)器的輸入相連；所述的數(shù)碼管驅(qū)動單元由接收器14、單片機15、鎖存器16、程序存儲器17、觸發(fā)器18、驅(qū)動器19、跳線器20及其輔助電路等組成，其中，單片機的通訊口通過接收器與主控制器的發(fā)送器相連，單片機的地址/數(shù)據(jù)端口一方面通過鎖存器與程序存儲器相連，另一方面也直接與程序存儲器相連，并通過觸發(fā)器、驅(qū)動器與數(shù)碼管相連，單片機的P1口與跳線器相連；所述的發(fā)光管驅(qū)動單元由觸發(fā)器21和驅(qū)動器22組成，觸發(fā)器的輸入與主控制器中的三態(tài)收發(fā)器的輸出相連，觸發(fā)器經(jīng)過驅(qū)動器與發(fā)光管相連。
亦即，在具體實現(xiàn)方案中，計算機與主控制器之間可以采用RS232或RS485的通訊方式(視通訊距離的遠近而定)，而主控制器與數(shù)碼管驅(qū)動單元之間為RS485通訊方式，以減少由于發(fā)光電子元件的設置而產(chǎn)生的多重布線及其導致的陰影。主控制器與發(fā)光管驅(qū)動單元之間則采用并行連接方式。同一組數(shù)碼管并聯(lián)在一個數(shù)碼管驅(qū)動單元上，即同一組中的各個數(shù)碼管均與同一數(shù)碼管驅(qū)動單元中的驅(qū)動器之相應端口相連，為減少布線可采用直接焊接或插接的方式，兩者的合成體通過支架固定在畫面所需的位置；而各數(shù)碼管驅(qū)動單元的輸入端則與主控制器的通訊口相并聯(lián)，即所有的數(shù)碼管驅(qū)動單元的接收器都并聯(lián)在與主控制器中的發(fā)送器相連的通訊線上，當采用RS485通訊方式時，只有兩根連線。每組發(fā)光管的具體連接方式由所需顯示的曲線、路徑等圖形的形狀或長短、大小而決定，每組發(fā)光管可分為若干段、按段與發(fā)光管驅(qū)動單元相并聯(lián)，每一段含有若干個發(fā)光管，按圖形的需要排滿、并決定排列的方式(如橫排、縱排或斜排等)，同一組的每一段中處于相同位置的各個發(fā)光管與發(fā)光管驅(qū)動單元中的驅(qū)動器之相應端口相連。例如假設一組發(fā)光管有n段，每段中的發(fā)光管分別以Ai、Bi、Ci表示(i=1,2,…,n)，則該段發(fā)光管由A1,B1,C1；A2,B2,C2；…；An,Bn,Cn集合而成，其個數(shù)為3×n個；各段中的Ai、Bi、Ci分別與驅(qū)動器的一個相應端口相連，如A1,A2,…；An與驅(qū)動器的一個三極管集電極相連，B1,B2,…,Bn與驅(qū)動器的第二個三極管集電極相連，C1,C2,…,Cn與驅(qū)動器的第三個三極管集電極相連。當然，每段中發(fā)光管的個數(shù)也可視具體情況需要而取不同值。為減少由于發(fā)光管的設置而產(chǎn)生的多重布線及其導致的陰影，可采用印刷線路板既作連線又當支架，將發(fā)光管順序焊接在其上，然后固定在畫面所需的位置；各個發(fā)光管驅(qū)動單元則與主控制器的并行口并聯(lián)，即每一個發(fā)光管驅(qū)動單元的觸發(fā)器的輸入分別連接到主控制器中的三態(tài)收發(fā)器上。數(shù)碼管和發(fā)光管的組數(shù)以及每組中的個數(shù)可根據(jù)需要任意設置。數(shù)碼管驅(qū)動單元中根據(jù)跳線器的選擇為本單元設置地址，發(fā)光管驅(qū)動單元的地址則由主控制器中的并行口決定。主控制器的輸入端即為其中的單片機通訊口，將其與計算機上的通訊口對應相連即可。計算機采用通用的小型或微型機(如PC機)，計算機上存儲了根據(jù)現(xiàn)場采集得到的反映實際工況的各組數(shù)據(jù)(這些已有現(xiàn)成的技術，此處不再多述)以及相應的控制程序，由此計算機可通過主控制器對各發(fā)光電子元件的顯示進行程序控制，例如每組數(shù)碼管的具體數(shù)據(jù)、哪組發(fā)光管需要發(fā)光等。數(shù)據(jù)更新的時間間隔(簡稱刷新頻率)可以根據(jù)該工業(yè)過程的具體情況和要求進行設定，如可以是1秒鐘、2秒鐘、10秒鐘、30秒鐘等，也可以是1分鐘、5分鐘、60分鐘等。
為使上述各發(fā)光電子元件能夠進行有序的變化和顯示，可在計算機、主控制器及數(shù)碼管驅(qū)動單元中采用相應的控制程序進行控制。所采用的控制程序的工作步驟分別為(一)計算機控制程序的工作步驟①將采自現(xiàn)場工業(yè)過程的具體數(shù)據(jù)(如相應工程量的絕對值或百分數(shù))轉(zhuǎn)換成BCD碼，并按照顯示該數(shù)據(jù)用的數(shù)碼管或發(fā)光管的相應地址，將數(shù)據(jù)對應的工位號轉(zhuǎn)換成地址碼，同時按每個數(shù)據(jù)所需的顯示類型(如數(shù)碼管顯示或發(fā)光管顯示)區(qū)分出信號類別；②對于數(shù)碼管顯示信號，根據(jù)設定的量程范圍計算顯示時的小數(shù)點位置，并轉(zhuǎn)換成相應的信號；根據(jù)設定的報警范圍判斷是否越限若是，則給出報警狀態(tài)顯示信號，若否，則給出正常狀態(tài)顯示信號；③對于發(fā)光管顯示信號，根據(jù)設定的數(shù)值范圍進行計算，給出顯示狀態(tài)信號(如全亮、全暗或按順序發(fā)光)；④將前述各種信號發(fā)送到主控制器，然后返回。
(二)主控制器控制程序的工作步驟①對主控制器的工作狀態(tài)進行判斷若為復位狀態(tài)，使各組數(shù)碼管顯示“全0”，然后返回；若為自檢狀態(tài)，使各組數(shù)碼管分時顯示“全8”和“地址”、使各組發(fā)光管分時顯示“全亮”和“全暗”，然后返回；若為運行狀態(tài)，繼續(xù)；②接收來自計算機的信號；③判斷信號是否正確若是，繼續(xù)；若否，保留上一次接收的信號，然后返回；④判斷信號類別；⑤對于數(shù)碼管顯示信號，將信號發(fā)送到各數(shù)碼管驅(qū)動單元，然后返回；⑥對于發(fā)光管顯示信號，按地址將信號發(fā)送到發(fā)光管驅(qū)動單元，使之驅(qū)動發(fā)光管作相應顯示，然后返回。
(三)數(shù)碼管驅(qū)動單元控制程序的工作步驟①接收來自主控制器的信號；②根據(jù)信號中的地址碼判斷是否為本組地址，若是，繼續(xù)；若否，返回；③對于本組地址的信號，更新數(shù)據(jù)存儲器中的相應內(nèi)容，使之驅(qū)動數(shù)碼管作相應顯示，然后返回。
綜上所述，本實用新型的工作過程為計算機根據(jù)其中存儲的數(shù)據(jù)和程序?qū)χ骺刂破靼l(fā)出指令，主控制器將有關數(shù)碼管顯示的信號從其通訊口傳輸給各數(shù)碼管驅(qū)動單元、將有關發(fā)光管顯示的信號從其并行口傳輸給相應地址的發(fā)光管驅(qū)動單元，數(shù)碼管驅(qū)動單元則根據(jù)信號中的地址命令作出相應的選擇、使該組數(shù)碼管進行顯示，發(fā)光管驅(qū)動單元則直接使該組發(fā)光管進行顯示。其中每組數(shù)碼管顯示的是一個參數(shù)，當實際數(shù)據(jù)發(fā)生變化時其顯示數(shù)據(jù)亦根據(jù)所設的刷新頻率相應發(fā)生變化；每組發(fā)光管顯示的是一個圖形，其每段中的數(shù)個發(fā)光管可按順序發(fā)光或同時發(fā)光、各段亦可同時變化或按順序變化，根據(jù)排列位置及發(fā)光狀態(tài)的不同而顯示出不同的圖形及變化(例如按管路的長度方向依次串行排列各段、每段中至少有3個發(fā)光管、同時按順序發(fā)光，即可顯示物質(zhì)的沿線流動；按容器的高度方向依次并行排列各段、每段同時發(fā)光、各段自下而上逐步發(fā)光，即可顯示物質(zhì)的容量增加；按圖形的形狀排滿、并且同時發(fā)光，即可顯示該圖形)。
由于實用新型將燈箱的屏面和發(fā)光電子元件有機地結(jié)合為一體，采用了計算機和單片機的串行通訊和現(xiàn)場總線技術進行控制，從而減少了因設置發(fā)光電子元件而產(chǎn)生的布線和支架，由此得到了以形象、亮麗的畫面而動態(tài)顯示工業(yè)過程(如工藝流程、運行狀態(tài)等)的極好效果。
附


圖1為模擬屏的控制系統(tǒng)連接框圖。
附圖2為主控制器的主要電路原理框圖。
附圖3為數(shù)碼管驅(qū)動單元的主要電路原理框圖。
附圖4為發(fā)光管驅(qū)動單元的電路原理框圖。
附圖5為實施例的主控制器具體電路連接圖。
附圖6為實施例的數(shù)碼管驅(qū)動單元具體電路連接圖。
附圖7為實施例的發(fā)光管驅(qū)動單元具體電路連接圖。
附圖8為計算機中的控制程序流程圖。
附圖9為主控制器中的控制程序流程圖。
附
圖10為數(shù)碼管驅(qū)動單元中的控制程序流程圖。
以下結(jié)合實施例對本實用新型再作進一步描述(但本實用新型并不限于此實施例)。燈箱的箱體是由鋁合金型材作框架支撐著屏面，框架固定在墻面上。顯示畫面的屏面為正面，采用膠片制作、直接固定在框架上。背面及側(cè)面的屏面采用壓制密度板制作，可用于固定支架。照明燈采用普通日光燈，安裝照明燈的支架由鋁合金條構成一個整體，通過螺紋件安裝在箱體上，可以調(diào)節(jié)照明燈與顯示屏面之間的距離。所需要的工藝流程、運行狀態(tài)等畫面通過現(xiàn)有的燈箱畫面制作工藝印制在膠片上。在需要顯示數(shù)據(jù)、流程等動態(tài)過程的部位設置發(fā)光電子元件，采用通用的數(shù)碼管和發(fā)光二極管。每組數(shù)碼管為四個，將其與驅(qū)動單元做成一體，通過鋁合金條制作的支架固定在箱體上。發(fā)光二極管則安裝在既作連線又當支架的印刷線路板上，然后固定在箱體上。每組發(fā)光二極管的具體個數(shù)及排列方式視畫面上所需顯示的曲線、路徑等圖形的長短、大小及形狀而決定，例如6個一組、30個一組或150個一組等。計算機采用通用的PC機，其與主控制器之間采用RS232的通訊方式，而主控制器與數(shù)碼管驅(qū)動單元之間則為RS485通訊方式，主控制器與發(fā)光管驅(qū)動單元之間則為并行連接方式。在主控制器中所采用的具體芯片可分別為單片機8031、發(fā)送器75174、鎖存器74ALS573、程序存儲器27256、數(shù)據(jù)存儲器6116、并行口8155、三態(tài)收發(fā)器74LS245等；在數(shù)碼管驅(qū)動單元中所采用的具體芯片可分別為接收器75175、單片機8031、鎖存器74LS373、程序存儲器27256、觸發(fā)器74HC374、驅(qū)動器為7407和三極管1015的組合；在發(fā)光管驅(qū)動單元中所采用的具體芯片可分別為觸發(fā)器74LS374、驅(qū)動器為三極管6039。輔助電路中包括復位電路、自檢電路、工作電源等。數(shù)據(jù)的刷新頻率設定為2秒鐘。計算機與主控制器之間的通訊采用的是同步串行通訊方式，其幀結(jié)構定義為首先是同步碼，接著是要傳送的總字節(jié)數(shù)，然后是要傳送的數(shù)據(jù)，最后是校驗和。所用的串行碼由十位組成，起始位定為0，結(jié)束位定為1，中間八位為數(shù)據(jù)。對于數(shù)碼管顯示，每組數(shù)據(jù)可用四個字節(jié)表示，分別給出類別、地址、小數(shù)點位置、四個數(shù)碼管的具體數(shù)據(jù)和狀態(tài)(即是否報警。例如，報警時呈“閃爍”狀態(tài)、正常時呈“穩(wěn)定”狀態(tài))；對于發(fā)光管顯示，每組數(shù)據(jù)可用一個字節(jié)表示，分別給出類別、地址和狀態(tài)(例如，作“有”、“無”顯示時可分別為“全亮”、“全暗”；作流動顯示時可分別為①“全亮”，②“全暗”，③“按順序發(fā)光”，各自代表①管道中有壓力、流量信號小于量程的10％，②管道中無壓力、流量信號小于量程的10％,③管道中有壓力、流量信號大于量程的10％)。
權利要求1．一種燈箱式動態(tài)模擬屏，包括箱體、屏面、照明燈等，其特征為在顯示畫面的屏面上設置發(fā)光電子元件、通過支架固定；所述的發(fā)光電子元件為數(shù)碼管或發(fā)光管，每一組數(shù)碼管(4)通過數(shù)碼管驅(qū)動單元(3)與主控制器(2)的通訊口相連，每一組發(fā)光管(6)通過發(fā)光管驅(qū)動單元(5)與主控制器的并行口相連，主控制器的輸入端與計算機(1)的通訊口相連。
2．如權利要求1所述的燈箱式動態(tài)模擬屏，其特征為所述的主控制器由單片機(7)、發(fā)送器(8)、鎖存器(9)、程序存儲器(10)、數(shù)據(jù)存儲器(11)、并行口(12)、三態(tài)收發(fā)器(13)及其輔助電路等組成，其中，單片機的通訊口與計算機的通訊口對應相連，同時，單片機的通訊口還通過發(fā)送器與數(shù)碼管驅(qū)動單元中的接收器相連，單片機的地址/數(shù)據(jù)端口一方面通過鎖存器與程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器相連，另一方面也直接與程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器以及并行口相連，并行口再與三態(tài)收發(fā)器相連，三態(tài)收發(fā)器的輸出與發(fā)光管驅(qū)動單元中的觸發(fā)器的輸入相連；所述的數(shù)碼管驅(qū)動單元由接收器(14)、單片機(15)、鎖存器(16)、程序存儲器(17)、觸發(fā)器(18)、驅(qū)動器(19)、跳線器(20)及其輔助電路等組成，其中，單片機的通訊口通過接收器與主控制器的發(fā)送器相連，單片機的地址/數(shù)據(jù)端口一方面通過鎖存器與程序存儲器相連，另一方面也直接與程序存儲器相連，并通過觸發(fā)器、驅(qū)動器與數(shù)碼管相連，單片機的P1口與跳線器相連；所述的發(fā)光管驅(qū)動單元由觸發(fā)器(21)和驅(qū)動器(22)組成，觸發(fā)器的輸入與主控制器中的三態(tài)收發(fā)器的輸出相連，觸發(fā)器經(jīng)過驅(qū)動器與發(fā)光管相連。
專利摘要本實用新型涉及一種顯示裝置,尤其是動態(tài)地顯示可變信息的裝置。它是以燈箱結(jié)構為基礎,在其顯示屏面上適當位置處設置發(fā)光電子元件,通過計算機1及主控制器2等對發(fā)光電子元件進行顯示控制。其中數(shù)碼管4可用于顯示流程中的溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù),而發(fā)光管6可用于顯示流程中變化的工藝曲線、流動路徑等圖形。采用了計算機和單片機的串行通訊和現(xiàn)場總線等控制技術,由此得到了以形象、亮麗的畫面而動態(tài)顯示工業(yè)過程(如工藝流程、運行狀態(tài)等)的極好效果。
文檔編號G09G3/32GK2462506SQ0121708
公開日2001年11月28日 申請日期2001年1月8日 優(yōu)先權日2001年1月8日
發(fā)明者魏衡華, 薛美盛, 張志剛, 吳剛, 孫德敏 申請人:中國科學技術大學