互动地砖屏系统三种设计方案分析

   互动地砖屏是属于 LED 显示屏领域的一个应用分支，该产品通过创新型的设计被大量应用于舞台展示、商业应用、店铺装修等方向，互动地砖屏的出现为各种表演创意设计提供了一种更加新颖的表现手法，是对当前显示设备的一个有益补充。在 LED 显示屏市场产品同质化的问题日益突出情况下，互动地砖屏的出现是为我国 LED 创新型应用提供了借鉴思路，互动地砖屏颇具市场前景。

   在互动地砖屏出现之前，市场上的类似产品发光地砖也是被应用于商业装饰等方面。发光地砖能够在地砖上显示图案，这种发光地砖一般是依靠内置的单片机控制显示简单的图案或者可以通过连接计算机进行控制使得整个舞台能够显示变幻的效果，但是这些图案或者效果都是预设在单片机或者计算机中，只是单纯的依据程序的控制输出，不会跟舞台上的人产生任何的互动。随着近年触摸技术的发展，出现了可以与人产生互动的发光地砖，其新颖有趣的体验方式被市场所青睐 。互动地砖屏的实现原理是在地砖上设置压力传感器或电容式传感器或红外传感器等，当人与地砖屏产生互动时，这些传感器感应到人的位置并将其触发信息反馈给主控制器，然后主控制器逻辑判断后输出相应的显示效果。

   常见的互动地砖控制方式有：脱机控制方式、以太网联机控制方式、无线分布式控制方式，针对不同的工程应用都生产出了相应的地砖屏产品并设计配套的效果制作软件，利用软件《Seekway Dance Player》，用户可控制地砖屏进入不同图案的互动模式 ( 可分别或同时实现感应图案和感应音效功能 ) 或作为屏幕播放全彩图像。可以一键生成多套绚丽内置效果 , 亦可截取或导入不同格式效果；具备强大的文字编辑功能 , 可根据需要编辑文字效果；实时调整亮度、速度，可根据应用场合灵活调整亮度和速度；用户还可以通过安装设置仔细设置或修改工程参数、走线，简单快捷。

   脱机控制与以太网联机控制方式互动地砖屏控制系统是由多个子系统组成的，每个子系统分别包括均匀分布在线路板上的传感器检测单元、LED 显示单元、检测处理单元以及显示控制单元，传感器检测单元与检测处理单元输入端相连，LED 显示单元与显示控制单元的输出端相连，还设有独立于子系统外的数据处理器，其输出接口与子系统的显示控制单元的输入接口相连，其输入接口与检测处理单元输出接口相连，如图1 所示。 实际产品中，每一个子系统便是一块地砖屏模块，在连线时，子系统之间通过通信接口依次串联，数据处理器。  

图 1 互动地砖屏系统设计示意

图2 地砖屏模块实物

   只需要与其中的一个子系统通信接口相连就可以，这样设计的目的是让走线更简单，如图 2 所示。

   采用脱机控制方式时，脱机控制器起到数据处理器的作用，一方面需要接收所有传感器检测单元传输回来的的信息，通过数据融合处理后可以得知被触发的地砖屏位置，然后读取存储于 CF 卡、SD 卡等移动存储设备中的数据文件来实现相应效果展示。脱机控制器的设计是采用数据处理能力较强的单片机再加上其外围电路组成。如图 3 所示。

图 3 脱机控制方式

   采用以太网联机控制方式时，计算器起到数据处理器的作用，由于计算机具有更强大的数据处理能力，所以这种控制方式可以随时修改显示效果并且可以实时地对大型舞台实现统一的监控。如图 4 所示，模块可以以级联的方式实现拓展，在大型的互动地砖屏工程应用中有巨大的优势。

图 4 以太网联机控制方式

   基于无线分布式控制的互动地砖屏系统设计方法，相比于以往的系统设计，控制方法以无线方式工作，省去了现场布线的麻烦，同时采用分布式控制，将数据处理部分的工作分散到各个地砖屏的控制处理器中，数据处理部分由这些处理器协同完成，因此主控制器部分不需要强大的数据处理能力，在大型应用时也不用必须使用计算机作为数据处理中心，这种控制方式可以大大降低系统设计成本，如图 5 所示。

图5 无线分布式控制方式

   无线分布式控制的地砖屏系统工作过程及原理描述如下 :

   地砖屏的感应点被触发后，与其相连的分控会将触发点的位置 ID 信息以无线的方式发送给主控；主控接收到该位置信息后，通过广播的方式将该位置信息同步到所有分控；分控会把该信息传送给每一个地砖屏内部的处理器，因此每个地砖屏模块会自动计算自己与触发点的位置距离信息，进而判断出自己应该展示的显示效果；整个系统会通过特殊的同步帧来实现系统具有一个统一的时间基准，因此每个地砖屏模块可以准确计算出自己应该什么时间显示对应的效果，进而可以实现整个触发效果的无缝连接与完美展示。

总结：

   （1）脱机式控制方式，由于主控制器的数据处理能力有限，所以主要应用于桌面互动感应，适合酒吧台，KTV 室台面等比较小型的应用。

   （2）以太网联机式控制方式，可以应用与大型的舞台控制等场合，由于采用计算机作为数据处理中心，所以这种控制方式可以比较方便的随时修改显示效果并且可以实时地对大型舞台实现统一的监控。

   （3）无线分布式控制方式，区别于上述两种的有线数据传输方式，本方法是通过无线来实现关键数据传输的，在实际工程应用时，不但提高了现场的布置效率，而且降低了人工成本和线材成本，这在在大型应用具有更明显的优势。

   同时在数据处理方面，区别于上述两种集中式处理的方法，无线分布式控制方式将数据处理部分的工作分散到各个地砖屏的控制处理器中，由这些处理器协同处理完成效果的展示，因此主控制器不需要强大的数据处理能力，在大型舞台应用时也不用必须使用计算机作为数据处理中心，因而可以进一步降低整体系统的应用成本。

参考文献：

＊[1] 陈营营 . 浅析 LED 在舞台上的运用 [J]. 科技成果纵横 ,2012(1):60,62.

＊[2] 游青 . 浅谈 LED 在舞台灯光技术中的应用 [J]. 文艺生活 : 下旬刊 ,2013(8):126.

＊[3] 江门彩立方光电科技有限公司 . 互动地砖屏软件使用说明书 [EB/OL].

＊[4] 陈漱文，李浩源，卢志林 . 互动舞台控制系统 : 中国，CN201 497901U[P].2010-06-02.

＊[5] 陈漱文，李浩源，卢志林 . 一种互动跳舞地板组件 : 中国， CN201625414U[P].2010-11-10.

＊[6] 陈漱文 . 互动模块及互动模块的感应设置结构 : 中国，CN202 404558U[P].2012-08-29.

＊[7] 陈漱文 . 互动显示模块 : 中国，CN202120242U[P]. 2012-01-18.

＊[8]陈漱文.红外感应互动模块:中国，CN204948405U[P]. 2016-01-16.

＊[9]A. A. S. Mohammed, W. A. Moussa, E. Lou, High sensitivity MEMS strain sensor: design and simulation [J], Sensors 2008, 8, 2642-2661

＊[10]Nan Li, B.L Guo, and Pai Wang. "Proximity capacitan ce sensor design for noncontact liquid detection," in Proce edings of 2nd International Conference on Image and Sign al Processing-CISP 2009, Tianjin, China, Oct. 17-19th, 2009,9: 4680-4683

作者/陈漱文，江门彩立方光电科技有限公司