基于Android的广告屏系统信息采集与内容管理模块 软件设计外文翻译资料

本科生毕业设计（论文）外文资料译文

（ 2020届）

外文资料译文规范说明

一、外文资料译文：

移动端APP控制的LED图像显示系统

摘要：该项目开发了一种能在自行车的轮辐上显示模式的图像显示系统。系统中的LED灯安装在自行车的轮辐上，能够产生悦目的图案模式，目的是保证安全性。主控板和决定显示图形的LED照明条由嵌入式系统和电路设计开发。该项目开发了一个用于照明硬件远程控制的移动应用程序；系统与主控器通过WIFI无线网络接口板进行通信交流。在骑车前，骑行者可以通过移动端或直接按主控板按钮来改变模式。该系统设计了六种用于显示并且可在当前间隔重复变化的模式。实验结果显示，该系统能在车轮最高时速达40公里时有效运行。

关键词：LED，Wi-Fi无线网络，图案显示，嵌入式系统

1.引 言

随着环境保护意识的提高，越来越多的人用自行车代替汽车、摩托车或者其他使用燃料的机动车短途旅行。许多人把骑自行车作为主要的休闲娱乐方式，而如今也有专用的公路自行车道。不同于其他的交通工具的是，自行车只有微弱的照明灯光。而夜间照明的不充足常常会威胁到骑行者的生命安全。在台湾过去的三年里，大约有170人死于自行车事故，而其中超过半数的事故发生在夜间。没有交通规则要求骑行者使用充足的照明。由此得知，自行车事故发生的主要原因是夜间骑行灯光照明不充足而与汽车发生碰撞。

大多数的自行车车尾有反光板，但是反光板的反光可视距离不到30米。而当反光板被灰尘盖住，反光性能就会大幅变差。而且自行车的两边都没有灯光警示其他垂直方向往来的车辆，因此在自行车车轮两边装上车灯避免其他车辆的侧面碰撞显得非常有必要。很多装在车轮上的LED灯为满足安全需求而设计，许多自行车也装上了LED灯条。晃眼的LED灯条可以在夜间引起他人的注意，因此使用这种灯条可以降低自行车车祸的发生。此外，自行车轮可以设计成用多种多样的LED的适当颜色显示图形或文本，这样不但提高了行驶安全性，而且改善了自行车的外观。

本文剩余部分安排如下：第二节概述了过去的LED在图像显示中的应用情况；第三节介绍了该系统的架构；第四节描述了该系统的硬件和软件铺设；第五节总结了该系统的实验结果，并和其他系统进行比较；第六节做结论，同时对未来研究提出建议。

2. 相关工作

许多工作都集中在LED照明有效控制^[5,8-10]，和它在显示二维（2D）^[2,3,6,7,11]和三维（3D）^[4]图像中的应用。高功率白光LED用于计算对应坐标来进行室内定位^[5]，靠近未指定区域的两个图像传感器接受并解调四个LED传输的三坐标数据信息，未知区域附近的图像传感器所形成的发光二极管图像之间的几何关系计算得到未知区域位置。LED照明应用还可使用一个交互式LED照明接口节省能源，该接口基于Zigbee的无线传感器网络（WSN））监控照明系统^[8]。每块控制LED的板由一个微型控制器、一个传感器和一个Zigbee WSN单元。Zigbee的信号可以自动将没有使用的灯关闭来节省能源。相似的，使用LED照明系统的路灯可以控制实时操作系统（RTOS）^[10]来节省能源。像这种LED路灯系统可以利用传感器传输的环境信息数据自动控制。

该系统设计了包含三个旋转彩色LED柱的二维图像显示系统^[2,11]，扫描频率和旋转速度高到肉眼不可测，显示数据处理用复杂可编程逻辑器件（CPLD）实现。远程PC端可以重新排列新模式，并通过RS232、USB和无线网络传输至显示系统。二维图像显示也可以应用在汽车的车轮上^[3]。该系统用一至三条LED，每条由高分辨率的灰度LED组成。实验表明车轮转速每小时小于5公里会得到损坏的图像，一个完整的图像需要每小时5公里至60公里的转速。该显示系统可应用于其他移动机械设备^[6,7]；由三个主要部分组成，带有微控器的电子板、驱动器和 LED阵列、能稳定速度确保LED组件旋转成功的无刷电机和电源模块。系统以稳定的旋转速度显示包含图像和文本的模式。专业的三维显示系统包含一个二维旋转的LED面板，依靠视觉持续性生成三维图像^[4]。图像控制子系统由PC软件、FPGAs和配套电路组成。该系统可显示360度全景三维图像和视频。

该系统结合嵌入式系统和电路设计技术，LED照明条可安装在自行车车轮上，提供各种模式。用户可以使用移动应用程序控制模式的变化，而模式由旋转安装在辐条上的LED灯条依靠人类视觉持久性得到显示效果。骑行者可以在骑车前按下安装在车轮上的主控板的按钮手动改变车轮上的图案。嵌在主控板上的基于ARM的微处理器执行成像算法，通过I2C（inter-integrated circuit）接口将控制命令发送给三个LED灯条。该系统提高了系统安全性，同时也产生了美丽的图像。

3. 系统架构

图形用户界面（APP）

发送/接受数据包

主控制器（STM32）

请求/传输检测值

速度传感器

LED照明

模块

发送命令

无线网络传输

发送控制信号

图1 LED图像显示系统的体系结构

如图1，该LED图像显示系统的架构由五块硬件和软件组成，其中包括主控板、LED照明条、速度传感单元、802.11无线网络（或Wi-Fi）传输接口和移动应用程序。该系统可以通过旋转安装在自行车车轮上的LED灯显示各种图像，实现由人类视觉持久性产生的效果。方向盘上的显示屏也可以通过Wi-Fi无线网络上的远程移动应用程序（即手机APP）进行控制。实现LED成像的五个部分如下：

一是主控板。主控板控制安装在轮子上的所有硬件设备，包括LED照明条、速度传感器和无线网络接口。主控器是STM32 ARM微型控制器，接收远程移动应用程序的控制命令或手动按键发送的其他命令。

二是LED照明条。LED照明条接收主控板的控制信号，改变自行车车轮上的图像显示。控制信号控制LED灯的开关和颜色，并根据I2C接口协议进行传输。

三是速度传感器。速度传感器使用磁性传感器检测车轮速度。传感器包括簧片开关和磁铁。当磁铁与簧片开关之间的距离小于13毫米，产生一个特定信号表明车轮旋转一圈。因此，可用数学方程和时间计算车轮的转速。转速传递至主控板微型控制器，具体控制信号传递至LED照明条。

四是无线网络传输接口。无线网络传输接口是远程APP与主控板之间的通信接口，所有的命令或图像数据都是通过Wi-Fi无线网络^[1]传输的。

五是移动应用程序。

4. 系统操作

图1为系统主要功能单元，系统的硬件和软件必须协调才能有效显示图像。使用STM32 ARM微控器计算旋转的速度和角度，确保图像稳定显示。对软硬件的有效控制源于对系统操作流程的精准了解。

读取模式信息

选择手动操作

系统初始化

启动中断延迟和计算转速

分解接收包

模式成像

检测Wi-Fi连接

选择一个外部中断

启动系统

图2 操作流程

4.1系统操作流程

图2为图像显示系统的操作流程，LED照明灯条执行图像显示处理。系统启动，初始化所有硬件设备和软件程序。该系统的两种控制模式为手动和遥控。主控板上的外部按钮实现手动控制，由安装在移动电话上的通过Wi-Fi连接的APP实现遥控。应用程序在手机和主控板间建立连接，主板接收手机APP的数据包，再控制LED照明条生成图像。

这两种控制模式选择存储在STM32微控器存储器中相应的图像模式。中断延迟随车轮转速变化，它保证图像模式准时从主控板传输到LED照明模块。它随转速的增加而缩短，保证显示图像与指定一致。因此，所有情况下，旋转速率控制中断延迟显示图像。

4.2 硬件接口

该系统的硬件组成包括主控板和三个LED照明条。LED照明条在车轮上执行LDE成像功能，成对的板子以120度的角度隔开。执行成像功能的两种主要电路板如下：

(a)主控板

图3为主控板，接收远程应用程序的控制命令并执行成像算法，再将控制信号传输到LED照明条。主控板也接收速度传感器的反馈信号。ARM STM32单片机提供了电路板之间的主通信接口，并执行成像算法控制显示在车轮上的LED图像。通用输入/输出（GPIO）端口将该板与其他电路板连接。主控板上还安装了无线网络模块（Wi-Fi），用于在主控板和移动APP之间传输命令或数据。

图像切换按钮

Wi-Fi模块

迷你USB充电电路

图3 主控板电路

(b)LED照明条

图4为设计的LED照明条，由16个LED芯片组成。该系统包括三个显示图像的LED照明条。轮子的大小决定了LED芯片的数量和灯柱的长度，更大的轮子需要更多的LED芯片来显示图像。每个LED照明带有三个解码电路(或称为译码器)来解析输入的数据包和来自主控板上的STM32微控制器的控制命令。解码器接收控制指令，进行解码，控制相应的LED芯片，设置其颜色。LED灯条用I/0扩展器控制所有的LED芯片。

LED芯片

I/O 扩展器

图4 LED灯条电路

基本图像模式

图5 基于GUI的移动应用程序

4.3 软件界面

图5为基于android的移动应用程序的图形用户界面。该移动应用程序安装在移动电话上。当手机上的Wi-Fi无线网络连接功能连接到主控板上相应的Wi-Fi接口时，骑自行车的人可以控制自行车辐条上的LED照明条。手机APP进入基本模式，用户可以选择六种模式中的一种。当用户选择图案时，LED照明模块会在车轮转速达到特定值时显示该图案。高级模式还允许用户设置各种模式的周期和每个模式的持续时间。

LED照明条由APP通过Wi-Fi无线网络控制，它的控制程序安装在主控板上。来自控制界面的命令和来自LED模块的反馈信息使用无线通信的TCP/IP和Wi-Fi协议进行打包。一个特定的包格式用于移动APP和主控制板之间的通信，Android操作系统的插口充当这两个远程单元之间的通信接口。当LED照明系统启动时，手机中的应用程序通过Wi-Fi网络与自行车连接。GUI用于选择模式并设置每个模式的显示周期。当系统执行不正常时，应用程序还会收到来自主控制板的错误或警告信号。在选择高级模式之后，用户可以在指定的持续时间内进一步控制各种模式之间的循环更改。

参考文献

[1] Lee JS, Su YW, Shen CC. A comparative study of wireless protocols: Bluetooth, UWB, zigbee, and Wi-Fi. In: Proceedings of 33rd annual conference of the IEEE industrial electronics society; 2007.p.46-51.Nov.2007.

[2] Liu SM,

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LED image display system with mobile APP control

Ming-Chih Chen^a,*, Jian-Yu Ciou^a, Guei-Sen Jhang^a, Yu-Shan Liang^b

Department of Electronic Engineering, National Kaohsiung First University of Science and Technology, Kaohsiung city 811, Taiwan

Department of Electrical Engineering National Taiwan University, Taipei city 106, Taiwan

Abstract

This work develops LED (Light Emitting Diode) image display system that can display patterns on the spokes of a bicycle. The proposed system of LED lights that are mounted on the wheel can provide safety by producing a beautiful pattern. The main control board and LED lighting strips that determine the displayed pattern are developed using embedded system and electrical circuit designs. A mobile application program is developed to control the lighting hardware remotely; the system communicates with the main control board via a Wi-Fi wireless network interface. The cyclist can change the patterns using the mobile application program or by pushing buttons on the main control board before riding. Six patterns are designed for display using this system, and the pattern can be made to change repeatedly at present intervals. Experimental results reveal that the proposed system performs effectively on the wheel up to a maximum speed of 40 km/hr.

Keywords: LED; Wi-Fi wireless network; Image display; embedded system

1. Introduction

As environmental awareness increases, people are increasingly using bicycles rather than cars, motorcycles or other fuelled vehicles to travel short distances. Numerous people ride bicycles on the road as their main leisure activity. Todays roads also have dedicated road cycling lanes. Bikes are unlike other form of conveyance, because they only have faint lights. Insufficient lighting at night commonly puts cyclists in danger. In Taiwan, approximately 170 people have died from cycling accidents in the last three years. More than half of fatal cycling accidents happen at night. No traffic law requires cyclists to use sufficient lighting. The main cause of cycling accidents is insufficient lighting on bicycles at night, which causes collisions with cars.

Most bicycles have a reflecting board mounted in the rear of them, but its range is less than 30 m. When the reflecting board is covered with dust, it becomes much less reflective. Both sides of the bicycle lack lighting to warn other vehicles from perpendicular directions. Therefore, it is necessary to equip lights on both sides of the bike wheels to avoid side impact caused by other vehicles. Many wheel-based LED lights are designed to meet the requirements and many bikes are also equipped with strips of LED lights. A very bright LED strip helps other people notice the bike at night. The use of such a strip can reduce the chances of a cycling accident. Additionally, the wheels of a bicycle can be designed to display graphics or text by the appropriate colors of the various LEDs. This design does not only increase driving safety, but also improves the appearance of the bike.

The rest of this paper is organized as follows. Section 2 surveys previous LED applications in image display. Section 3 introduces the proposed system architecture. Section 4 describes the hardware and software of the system. Section 5 summarizes experimental results obtained using the proposed system and compares them with those obtained using other systems. Section 6 draws conclusions and makes recommendations about future research.

Fig.1. Architecture of the proposed LED image display system

1. Related work

Many works have focused on the efficient control of LED lighting ^[5,8-10], and its applications in displaying two dimensional (2D) ^[2,3,6,7,11] and three- dimensional (or called 3D) ^[4] images. High-power white LEDs can be used for indoor positioning ^[5] by calculating their corresponding coordinates. Four LEDs transmit three-dimensional coordinate information, which is received and demodulated by two image sensors close to an unspecified position. The unknown position is calculated from the geometrical relationships among the images of the LEDs that are formed at the image sensors close to the unknown position. Another lighting application of LEDs saves energy by the use of an interactive LED lighting interface that uses a Zigbee-based wireless sensor network (WSN) both to monitor and to control the lighting system ^[8]. Each board for controlling the LED lamps comprises a microcontroller, a sensor, and a Zigbee WSN unit. Signals from Zigbee can automatically turn of an unused lamp to save energy. Similarly, streetlights that use LED lighting systems can save energy since they allow control of the real-time operation system (RTOS) ^[10]. Such an LED streetlight system can be automatically controlled using sensor data that provide information about the environment.

A 2D image display system that involves three rotating columns of colored LEDs has been developed ^{[2, 11]}. The frequency of scanning and the speed of rotation are sufficiently high to be indeterminable by the human eye. The display data processing is implemented in a Complex Programmable Logic Device (CPLD). A remote PC can rearrange a new pattern and transmit it to the display system via RS232, USB, and a wireless network. The 2D image display can also be used on a car wheel ^[3]. Such a display system utilizes one, two or three strips of LEDs, each of which is composed of high-resolution grayscale LEDs. Experimental results reveal that the breakage image is obtained when the wheel rotates at less than 5 km/hr. The rate of rotation is required to produce a complete pattern is between 5 km/hr and 60 km/hr. This display system c

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