Устройство светодиодного экрана с передачей данных по волноводам

Полезная модель относится к области устройств для представления меняющегося информационного материала, а также к области устройств или схем для управления индикаторными устройствами и может быть использована для создания устройств демонстрации наружной видеорекламы.
Уровень техники
Из существующего уровня техники известно устройство переносного светодиодного экрана (RU 2411590, G09F 19/22, G09F 13/08, 27.02.2009). Устройство содержит несколько светодиодных модулей, размещенных в пространстве таким образом, что каждый модуль формирует в пространстве фрагмент изображения, соответствующий его местоположению. Разборные модули содержат соединительные планки, к которым крепятся линейки со светодиодами, источник питания светодиодов и узел электроники, включающий микроконтроллер, подающий управляющие сигналы в соответствии с фрагментом изображения. Узел электроники модуля содержит устройство управления, передающее информацию о показываемом фрагменте изображения по беспроводным линиям связи. Недостатки: необходимо обеспечивать высокую пропускную способность беспроводного канала связи из-за того, что все модули экрана управляются одним контроллером; при больших размерах экрана устройство имеет низкую помехозащищенность; существует возможность взлома системы через беспроводной канал связи и несанкционированной трансляции произвольного изображения; при использовании обычных беспроводных точек доступа для трансляции видео сложно обеспечить точную синхронизацию видеопотока, качество изображения снижается из-за того, что отдельные части изображения показываются в разное время.
Недостатки существующих решений
Современные светодиодные экраны состоят из светодиодных модулей, которые соединяются в линии светодиодных модулей последовательно с помощью плоских кабелей. Сигнал от видеоконтроллера проходит через линии светодиодных модулей, соединенных кабелями. Из-за большой длины соединительных линий и высоких частот возможны проявления различных искажений в транслируемом сигнале, эти же искажения появляются и в изображении, транслируемом экраном.
Светодиодные экраны имеют множество соединительных проводов и разъемов, по которым передаются данные. Количество разъемных контактов в светодиодных экранах может достигать нескольких тысяч на квадратный метр. Как известно, одной из основных причин снижения надежности сложных электронных систем является низкая надежность разъемов, соединяющих различные электронные блоки. Чем больше разъемных контактов, тем ниже надежность электронной системы. Для обеспечения высокой надежности передачи данных в светодиодных экранах используют качественные и дорогие разъемы, это значительно повышает стоимость экрана.
Также существует проблема надежности работы светодиодного экрана при последовательном соединении светодиодных модулей. При выходе из строя одного из светодиодных модулей вся цепочка светодиодных модулей, расположенная за ним, тоже перестает работать.
Светодиодные экраны из-за большого количества внешних кабельных соединений требуют множества ручных сборочных операций, это мешает организовать массовое автоматизированное производство.
В светодиодных экранах с беспроводной передачей данных светодиодным модулям возникают проблемы с обеспечением помехозащищенности беспроводных каналов связи, а также безопасности передачи информации через эти каналы связи.
Задачами, на решение которых направлено данное изобретение, являются:
уменьшение количества контактов внутри светодиодного экрана для повышения надежности; упрощение сборки светодиодных экранов; повышение надежности передачи данных светодиодным модулям; снижение влияния внешних электромагнитных помех на передаваемый сигнал; исключение возможности взлома беспроводных каналов связи.
Поставленные задачи решаются следующим образом
Светодиодный экран с микроволновой передачей данных по волноводам состоит из одного или более сегментов. Каждый сегмент светодиодного экрана содержит по крайней мере один видеоконтроллер (1) и несколько светодиодных модулей (3). Светодиодные модули (3) и видеоконтроллеры (1) содержат микроволновые приемопередатчики (2). Беспроводная передача данных между видеоконтроллерами (1) и светодиодными модулями (3) осуществляется через микроволновые приемопередатчики (2), сигнал от которых проходит по волноводам (5).
Микроволновые приемопередатчики (2) содержат передатчики и приемники микроволнового сигнала. Микроволновые приемопередатчики (2) могут выполняться в виде: съемных модулей, которые подключаются к видеоконтроллеру (1) и светодиодным модулям (3); в виде интегрированных в печатные платы (6) светодиодных модулей (3) и видеоконтроллеров (1) электронных блоков; в виде выносных блоков, соединенных со светодиодными модулями (3) и видеоконтроллерами (1) с помощью кабелей.
Микроволновые приемопередатчики (2) могут содержать одну антенну для приема и передачи сигнала или отдельные антенны, одна из которых служит для передачи микроволнового сигнала, а другая служит для приема микроволнового сигнала. Антенны микроволновых приемопередатчиков (2) могут быть реализованы в виде дорожек печатных плат или в виде элементов, припаиваемых к печатной плате. Антенны микроволновых приемопередатчиков (2) могут подключаться к светодиодным модулям и видеоконтроллерам посредством кабелей.
Волноводы (5) изготавливаются из материала, хорошо отражающего микроволновое излучение, и могут иметь различную форму и исполнение: волновод (5) может быть реализован в виде трубы, содержащей отверстия (8), расположенные напротив микроволновых приемопередатчиков (2) светодиодных модулей (3); волновод (5) может быть реализован в виде трубы с продольной щелью (9), расположенной напротив микроволновых приемопередатчиков (2) светодиодных модулей (3); волновод (5) может быть реализован в виде швеллера, с открытой стороны которого размещаются микроволновые приемопередатчики (2) светодиодных модулей (3); волновод (5) может быть реализован в виде изделия сложной формы, изготовленного с помощью 3D-печати, с расположенными внутри одним или более каналами для передачи микроволнового излучения; волноводы (5) могут иметь сложную нелинейную форму.
Устройство светодиодного экрана с микроволновой передачей данных светодиодным модулям по волноводам обеспечивает сразу несколько технических результатов.
Уменьшение количества контактов внутри светодиодного экрана происходит вследствие того, что разъемы заменяются на беспроводные приемопередатчики, у которых вообще нет контактов. Надежность передачи данных повышается за счет того, что используется беспроводной обмен данными, в отличии от контактного соединения, на беспроводное соединение не влияют деформации из-за перепада температур, изменение влажности, химические реакции окисления контактов. Кроме того, при беспроводных коммуникациях используются прямые коммуникации передатчика и приемника без посредников, что повышает надежность.
В экранах с проводными соединениями используется последовательное соединение модулей кабелями (сигнал проходит последовательно через несколько модулей и несколько кабелей). Это снижает надежность передачи данных, из-за того что сбой может произойти в любом элементе цепи передачи данных.
Двунаправленные коммуникации через приемопередатчики также позволяют значительно повысить надежность, так как после получения данных модуль экрана отправляет назад подтверждение получения данных, если подтверждение не было получено, передача данных может повториться.
Упрощение сборки светодиодных экранов также происходит благодаря использованию беспроводной передачи данных, так как из устройства исключаются провода. Без проводов можно просто поставить модуль на место, без необходимости правильно подключать кабели и проверять контакты.
Электромагнитные помехи снижаются вследствие использования волноводов, стенки волноводов не позволяют проникнуть внутрь электромагнитным помехам. Исключение возможности взлома беспроводных каналов связи происходит благодаря тому, что данные передаются по закрытым каналам связи внутри волноводов, что в отличие от открытых беспроводных сетей не позволяет злоумышленнику удаленно подключиться к устройству и взломать его без физического доступа к нему.
Краткое описание чертежей
На фигурах 1-2 изображено устройство светодиодного модуля (3). Светодиодный модуль (3) состоит из печатной платы (6), с передней стороны которой напаяны светодиоды (4), с задней стороны которой размещен микроволновый приемопередатчик (2).
На фигурах 3-5 изображено устройство светодиодного экрана с микроволновой передачей данных по волноводам (5). Экран состоит из нескольких волноводов (5). На волноводы установлены светодиодные модули (3) таким образом, что микроволновые приемопередатчики (2) располагаются напротив продольных щелей (9) волноводов (5). Внизу экрана расположен видеоконтроллер (1) с несколькими микроволновыми приемопередатчиками (2) и процессором (7), который управляет процессом передачи данных. Микроволновые приемопередатчики (2) видеоконтроллера (1) размещаются по одному в начале каждого волновода (5). Таким образом в каждом волноводе (5) формируется изолированный канал микроволновой передачи данных. В процессе работы светодиодного экрана видеоконтроллер (1) обменивается данными со светодиодными модулями (3) с помощью модуляции микроволнового сигнала, проходящего через волноводы (5) от микроволновых приемопередатчиков (2) видеоконтроллера (1) к микроволновым приемопередатчикам (2) светодиодных модулей (3).
На фигурах 6-8 изображены различные варианты реализации волноводов (5).
Список фигур
1. Светодиодный модуль, вид спереди.
2. Светодиодный модуль, вид сзади.
3. Видеоконтроллер с несколькими микроволновыми приемопередатчиками.
4. Светодиодный экран с микроволновой передачей данных по волноводам, вид спереди.
5. Светодиодный экран с микроволновой передачей данных по волноводам, вид сверху.
6. Линия светодиодных модулей с волноводом в виде швеллера.
7. Линия светодиодных модулей с волноводом в виде трубы с отверстиями для передачи микроволнового сигнала.
8. Светодиодный экран с волноводом сложной формы.
Список элементов, изображенных на фигурах
1. Видеоконтроллер с несколькими микроволновыми приемопередатчиками.
2. Микроволновый приемопередатчик.
3. Светодиодный модуль.
4. Светодиод.
5. Волновод для микроволновой передачи данных.
6. Печатная плата светодиодного модуля.
7. Процессор.
8. Отверстие в волноводе для передачи микроволнового сигнала.
9. Продольная щель.
Устройство
Светодиодный экран с микроволновой передачей данных по волноводам состоит из одного или более сегментов. Каждый сегмент светодиодного экрана содержит по крайней мере один видеоконтроллер (1) и несколько светодиодных модулей (3). Светодиодные модули (3) и видеоконтроллеры (1) содержат микроволновые приемопередатчики (2). Беспроводная передача данных между видеоконтроллерами (1) и светодиодными модулями (3) осуществляется через микроволновые приемопередатчики (2), сигнал от которых проходит по волноводам (5).
Микроволновые приемопередатчики (2) содержат передатчики и приемники микроволнового сигнала. Микроволновые приемопередатчики (2) могут выполняться в виде: съемных модулей, которые подключаются к видеоконтроллеру (1) и светодиодным модулям (3); в виде интегрированных в печатные платы (6) светодиодных модулей (3) и видеоконтроллеров (1) электронных блоков; в виде выносных блоков, соединенных со светодиодными модулями (3) и видеоконтроллерами (1) с помощью кабелей.
Микроволновые приемопередатчики (2) могут содержать одну антенну для приема и передачи сигнала или отдельные антенны, одна из которых служит для передачи микроволнового сигнала, а другая служит для приема микроволнового сигнала. Антенны. микроволновых приемопередатчиков (2) могут быть реализованы в виде дорожек печатных плат или в виде элементов, припаиваемых к печатной плате. Антенны микроволновых приемопередатчиков (2) могут подключаться к светодиодным модулям и видеоконтроллерам посредством кабелей.
Волноводы (5) изготавливаются из материала, хорошо отражающего микроволновое излучение, и могут иметь различную форму и исполнение: волновод (5) может быть реализован в виде трубы, содержащей отверстия (8), расположенные напротив микроволновых приемопередатчиков(2) светодиодных модулей (3); волновод (5) может быть реализован в виде трубы с продольной щелью (9), расположенной напротив микроволновых приемопередатчиков (2) светодиодных модулей (3); волновод (5) может быть реализован в виде швеллера, с открытой стороны которого размещаются микроволновые приемопередатчики (2) светодиодных модулей (3); волновод (5) может быть реализован в виде изделия сложной формы, изготовленного с помощью 3D-печати, с расположенными внутри одним или более каналами для передачи микроволнового излучения; волноводы (5) могут иметь сложную нелинейную форму.
Устройство изготавливается следующим образом:
Светодиодный экран с микроволновой передачей данных по волноводам (фиг. 4) состоит из сегментов. Сегмент экрана представляет собой раму с размещенными на ее поверхности волноводами (5) со светодиодными модулями (3) и видеоконтроллерами (1).
Рама может быть изготовлена с помощью существующих промышленных методов обработки тонколистового металла (гибка, координатная пробивка, лазерная резка). Рама может быть напечатана на 3D-принтере. Рама также может быть изготовлена из пластика (литье пластика) или композитных материалов.
Волноводы (5) в виде трубы (фиг. 7) или швеллера (фиг. 6) могут изготавливаться методом экструзии алюминия, меди или другого металла, при необходимости после экструзии может производиться фрезеровка для формирования монтажных отверстий и отверстий для прохождения микроволнового сигнала микроволновых приемопередатчиков (2). Волновод (5) любой сложной формы может быть напечатан с помощью 3D-принтера или изготовлен на фрезерном станке с помощью фрезеровки цельного куска металла.
Светодиодные модули (3) представляют собой печатные платы (6) с напаянными спереди светодиодами (4) и другими электронными элементами, размещенными сзади. Светодиодные модули (3) изготавливаются с помощью стандартных промышленных методов сборки электроники. Видеоконтроллер (1) также представляет собой электронную плату, которая изготавливается с помощью стандартных промышленных методом сборки электроники.
Микроволновые приемопередатчики (2) могут изготавливаться в виде встроенных в печатные платы светодиодных модулей (3) и видеоконтроллеров (2) электронных блоков или в виде отдельных электронных плат.
Работа устройства осуществляется следующим образом:
Контроллер экрана получает данные для видеотрансляции с центрального сервера и разделяет на фрагменты, соответствующие области контроля каждого отдельного видеоконтроллера (1). Далее эти фрагменты передаются видеоконтроллерам (1) с использованием проводных или беспроводных каналов связи.
Видеоконтроллеры (1) в свою очередь разбивают входящие данные видеотрансляции на фрагменты, предназначенные для отдельных светодиодных модулей (3). После этого видеоконтроллеры (1) осуществляют микроволновую передачу фрагментов видеотрансляции светодиодным модулям (3).
Микроволновая передача данных осуществляется по волноводам (5) через микроволновые приемопередатчики (2). Микроволновые приемопередатчики (2) видеоконтроллера (1) в процессе работы модулируют исходящий микроволновый сигнал с использованием входного потока данных. Микроволновый сигнал излучается из микроволнового приемопередатчика (2) видеоконтроллера (1), проходит по волноводу и принимается с помощью микроволновых приемопередатчиков (2) светодиодных модулей (3).
Микроволновые приемопередатчики (2) светодиодных модулей (3) демодулируют входящий микроволновый сигнал, извлекая данные видеопотока для трансляции. Далее контроллеры светодиодных модулей (3) преобразуют входящий сигнал в последовательность импульсов, управляющих драйверами светодиодов. Драйверы светодиодов, исходя из управляющего сигнала, регулируются силу тока, проходящего через светодиоды (4) светодиодных модулей (3), тем самым формируя картинку видеоизображения на поверхности светодиодного модуля (3).