本發(fā)明屬于物聯(lián)網(wǎng)應用領域，具體涉及基于云平臺的led三維顯示器及其控制方法。

背景技術：

戶外廣告由于其表達方式簡單明了、廣告持續(xù)時間長、持續(xù)購買可行度高、經(jīng)濟實惠等優(yōu)點，在各行各業(yè)中得到了廣泛的應用，占整個中國廣告行業(yè)年經(jīng)濟額的10%左右。而led顯示屏作為戶外廣告的載體，相比于其他傳統(tǒng)戶外媒體，具有亮度高、色域寬、可塑性強、連接面積廣闊、節(jié)能環(huán)保等特點，在城市景觀照明、舞臺演藝領域的氛圍渲染以及室內外廣告宣傳中得到廣泛的應用。

但是目前市面上的顯示屏都是以一種固定的平面看板方式靜態(tài)傳播信息，缺乏和受眾的互動性，無法吸引觀眾，廣告效果差。且由于其系統(tǒng)配套復雜、控制距離受限、設備維護不夠便利，使得led顯示屏的應用場所受到很大限制，特別是不能實現(xiàn)遠程控制和同步信息傳遞，這些都要求該技術的進一步完善和提高。

技術實現(xiàn)要素：

針對目前l(fā)ed顯示屏中存在的問題，本發(fā)明提供一種基于云平臺的led三維顯示器，本系統(tǒng)采用三維立體的動態(tài)顯示方式，借助于智能網(wǎng)關和云平臺，實現(xiàn)手機app對顯示器實時遠程地圖案花樣和音樂的控制及下載以及字符的顯示，且通過藍牙4.0組網(wǎng)實現(xiàn)對多個顯示器的同步控制，更具渲染力和震撼力。同時增加了受眾參與和互動功能，獲得獨特新穎的互動體驗。

為此，本發(fā)明提供了基于云平臺的led三維顯示器及其控制方法。本發(fā)明要解決的技術問題通過以下技術方案實現(xiàn)：

基于云平臺的led三維顯示器，包括：用戶端、云平臺、智能網(wǎng)關及l(fā)ed三維顯示器，所述用戶端通過云平臺實現(xiàn)對智能網(wǎng)關的實時遠程通信，所述智能網(wǎng)關通過藍牙組網(wǎng)的方式實現(xiàn)與led三維顯示器的數(shù)據(jù)傳輸。

上述的基于云平臺的led三維顯示器，所述用戶端用于完成設備和用戶的注冊、綁定和授權，進而實現(xiàn)對led三維顯示器實時圖案花樣與音樂的控制及下載以及字符的控制。

上述的基于云平臺的led三維顯示器，所述云平臺包括多個api接口，所述云平臺上設有數(shù)據(jù)存儲單元和通信單元，所述數(shù)據(jù)存儲單元用于儲存云平臺上的數(shù)據(jù)信息；

所述云平臺實現(xiàn)用戶端和智能網(wǎng)關的注冊、綁定和管理，方便多個用戶和多個設備的云端接入；所述云平臺還通過通信單位為用戶端和智能網(wǎng)關提供通信橋梁，實現(xiàn)用戶端對智能網(wǎng)關的遠程實時控制。

上述的基于云平臺的led三維顯示器，所述智能網(wǎng)關提供led三維顯示器與云平臺的連接通路，所述智能網(wǎng)關通過藍牙實現(xiàn)多個led三維顯示器的組網(wǎng)通信。

上述的基于云平臺的led三維顯示器，所述led三維顯示器采用立體三維的顯示方式，所述led三維顯示器用于實現(xiàn)花樣圖案的顯示、音樂節(jié)奏的顯示以及字符的顯示。

上述的基于云平臺的led三維顯示器，所述led三維顯示器包括主控模塊、驅動模塊、顯示模塊以及通信模塊，所述主控模塊分別與驅動模塊、顯示模塊和通信模塊連接。

本發(fā)明還公開了基于云平臺的led三維顯示器的控制方法，該方法包括用戶端通過云平臺實現(xiàn)對智能網(wǎng)關的實時遠程通信，智能網(wǎng)關通過藍牙組網(wǎng)的方式實現(xiàn)與led三維顯示器的數(shù)據(jù)傳輸。

上述的基于云平臺的led三維顯示器的控制方法，智能網(wǎng)關接入云平臺實現(xiàn)實時通信的方法包括以下步驟：

步驟一、獲取云平臺的ip地址；云服務器是采用分布式設計，智能網(wǎng)關預先不得知云平臺的接入地址，需通過dns域名解析獲得云平臺的接入ip地址；

步驟二、設備驗證；智能網(wǎng)關通過調用api接口向云平臺發(fā)起http設備驗證請求，將帶有自身id信息的消息發(fā)送給云平臺，由云平臺對智能網(wǎng)關進行設備驗證，若通過驗證則將云平臺通信服務器的接入信息，包括ip地址和端口回復給智能網(wǎng)關；

步驟三、云平臺接入；智能網(wǎng)關采用mqtt通信協(xié)議，利用云平臺的ip地址和端口號與云平臺的mqtt通信服務器建立實時可靠通信。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明以物聯(lián)網(wǎng)應用為基礎，采用云+端的控制方式，同時結合藍牙4.0協(xié)議實現(xiàn)用戶app到led三維顯示器終端的快速互聯(lián)，實現(xiàn)無線傳輸，具有組網(wǎng)快速簡潔、多用戶、多終端等特點。采用三維立體顯示方式，能有效提升宣傳效果，并實現(xiàn)遠程控制、花樣更新、音樂下載等擴展功能，增加了系統(tǒng)的靈活性。同時增加了互動效果，營造新穎、獨特的互動體驗。

以下將結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。

附圖說明

圖1本發(fā)明的系統(tǒng)結構圖。

圖2本發(fā)明的智能網(wǎng)關結構圖。

圖3本發(fā)明的led三維顯示器系統(tǒng)框圖。

具體實施方式

為進一步闡述本發(fā)明達成預定目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及實施例對本發(fā)明的具體實施方式、結構特征及其功效，詳細說明如下。

參照圖1，本發(fā)明主要由用戶app、云平臺、智能網(wǎng)關及l(fā)ed三維顯示器四部分組成。該系統(tǒng)采用云+端的控制方式，實現(xiàn)用戶app到智能網(wǎng)關的數(shù)據(jù)交互，通過藍牙組網(wǎng)的方式完成智能網(wǎng)關與led三維顯示器的數(shù)據(jù)傳輸，最終實現(xiàn)用戶app到led三維顯示器的控制。本發(fā)明主要實現(xiàn)如下功能：

1）用戶管理：完成用戶的授權以及用戶信息的注冊、登錄、忘記密碼時發(fā)送手機或郵箱驗證碼修改密碼等功能。用戶的信息將在云端數(shù)據(jù)庫進行存儲，該方式保證了用戶信息的安全性。

2）設備管理：用戶將智能網(wǎng)關的mac地址、設備名稱和設備所在地址等信息發(fā)送到云端，云端完成設備的注冊并建立設備和用戶的綁定關系。

3）花樣控制功能：用戶app通過mqtt通信與智能網(wǎng)關進行通信，實現(xiàn)對單個/多個led三維顯示器同時進行花樣設置功能，花樣包括預設花樣和用戶自定義花樣，自定義花樣由用戶定義，并通過云端下載到led三維顯示器中，實現(xiàn)對花樣數(shù)據(jù)的更新。

4）音樂控制功能。實現(xiàn)音樂節(jié)奏對led三維顯示器花樣的變換控制。用戶控制智能網(wǎng)關的音樂播放功能，并可實現(xiàn)不同花樣的切換效果。

5）字符控制功能。實現(xiàn)對單個或多個led三維顯示器同時進行字符控制功能，用戶可任意輸入字符，使led三維顯示器根據(jù)所輸入字符進行相應變換，并可選擇不同顯示效果。

6）花樣下載功能。用戶能通過app自定義led三維顯示器花樣，并將花樣下載到led三維顯示器中，實現(xiàn)對led三維顯示器花樣的更新。

7）音樂下載功能。用戶可將手持設備中的本地音樂文件下載至智能網(wǎng)關的存儲器中進行存儲，并在音樂控制界面進行更新，實現(xiàn)音樂節(jié)奏對led三維顯示器花樣的變換控制。

8）受眾互動功能。受眾通過手機進行二維碼的掃描，并經(jīng)管理員確認后可以在給定的時間內參與互動?？梢宰约壕庉媹D案并下載顯示，可以自己下載音樂進行互動體驗。

圖1中用戶app采用android的編程方式，使用http網(wǎng)絡通信協(xié)議訪問云平臺，云平臺為app提供各種資源和服務的訪問入口，這個入口被稱為api。app將url、httpmethod、頭文件、請求內容、發(fā)送數(shù)據(jù)的格式等參數(shù)發(fā)送給云平臺，通過url進行資源定位，調用云平臺的api接口，同時httpclient中的回調接收云端的處理結果，實現(xiàn)用戶和設備的管理，包括注冊、獲取、修改、刪除等操作。同時用戶app采用mqtt通信方式實現(xiàn)與智能網(wǎng)關的通信，一方面，mqtt采用發(fā)布/訂閱模式，發(fā)送方只需發(fā)布與接收方相同的訂閱號，而不需要知道接收方的ip地址也能實現(xiàn)遠程通信。另一方面，mqtt協(xié)議采用心跳包的機制實現(xiàn)網(wǎng)絡長連接，能夠保證消息收發(fā)的即時性。

圖1中云平臺的搭建可以通過租用阿里云、騰訊云等云服務平臺，借助商業(yè)云計算平臺的高并發(fā)處理能力以及相關資源，完成自定義功能的開發(fā)。云平臺的搭建包含api接口、數(shù)據(jù)存儲和通信服務三部分，其中api接口采用rest的架構風格，通過http協(xié)議的方法、資源定位、響應處理等操作資源；數(shù)據(jù)格式采用json型，實現(xiàn)用戶app、云平臺、黑匣子之間異構數(shù)據(jù)的傳輸；在數(shù)據(jù)存儲方面，采用非關系型數(shù)據(jù)庫nosql中的文檔型數(shù)據(jù)庫mongodb實現(xiàn)各終端不同格式、大小、類型數(shù)據(jù)的存儲，mongodb支持的數(shù)據(jù)結構較為松散，可以存儲比較復雜的數(shù)據(jù)類型。云平臺通過api接口接收app的響應操作指令，并通過mongodb的增、刪、改、查方法進行數(shù)據(jù)邏輯的處理，并將執(zhí)行結果通過api接口返回給app。在通信方面，在云平臺搭建mqtt服務器，mqtt服務器采用apache-applo服務器進行消息的代理，采用發(fā)布訂閱的模式實現(xiàn)用戶app和智能網(wǎng)關的實時遠程通信。

參照圖2，本發(fā)明智能網(wǎng)關以stm32f411ce的cortex-m4微控制器模塊為核心，外圍硬件電路包括wifi模塊、存儲模塊、電源模塊、sd卡模塊、音頻模塊、led指示模塊、調試接口模塊、復位電路模塊以及藍牙通信模塊。智能網(wǎng)關作為整個系統(tǒng)的核心控制部分，在分別維持與云端的消息推送服務和與led三維顯示器的藍牙通信的同時，還完成了文件系統(tǒng)、音樂播放、頻譜分析、數(shù)據(jù)下載等多項任務的協(xié)調。智能網(wǎng)關軟件是基于mico物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)開發(fā)的，主要由四部分組成:應用層，framework層，網(wǎng)絡連接層，系統(tǒng)基礎接口（osal+hal），其中多任務和多事件的調度在操作系統(tǒng)抽象層（osal）中進行，而任務由用戶任務和系統(tǒng)任務組成。

智能網(wǎng)關接入云平臺并實現(xiàn)與云平臺的實時通信包括以下過程：

首先，獲取云平臺的ip地址。云服務器是采用分布式設計，智能網(wǎng)關預先不得知云平臺的接入地址，需通過dns域名解析獲得云平臺的接入ip地址。

其次，設備驗證。智能網(wǎng)關通過調用api接口向云平臺發(fā)起http設備驗證請求，將帶有自身id信息的消息發(fā)送給云平臺，由云平臺對智能網(wǎng)關進行設備驗證，若通過驗證則將云平臺通信服務器的接入信息，包括ip地址和端口回復給智能網(wǎng)關。

最后，云平臺接入。智能網(wǎng)關采用mqtt通信協(xié)議，利用云平臺的ip地址和端口號與云平臺的mqtt通信服務器建立實時可靠通信。mqtt協(xié)議的心跳包機制能夠在一定時間內反饋與云平臺mqtt服務器的連接狀態(tài)，這也就為硬件設備及時提供異常信息，配合異常處理和重連接等處理來維護硬件設備與云平臺的通信服務器長連接。另外，mqtt協(xié)議采用訂閱發(fā)布的消息通信模型，智能網(wǎng)關以自身id信息作為主機號，即可區(qū)別不同的led三維顯示器，云平臺或用戶端可通過主題號與智能網(wǎng)關進行通信，配合業(yè)務功能對三維顯示器進行遠程監(jiān)管和控制。

參照圖3，考慮到藍牙主控芯片cc2541內部flash及io口的不足，為了保證花樣顯示的流暢性，本發(fā)明中將藍牙通信與三維顯示器的控制分別獨立完成，采用串口連接方式實現(xiàn)藍牙與三維顯示器的通信。藍牙通信電路以cc2541為主控實現(xiàn)，led三維顯示器控制電路選用stc12c5a60s2作為主控芯片。cc2541有兩個串行通信接口：usart0、usart1，它們能夠分別運行于異步uart模式或者同步spi模式。本設計中usart0采用異步uart模式，用于藍牙服務器與智能網(wǎng)關之間的通信及藍牙客戶端與led三維顯示器控制器之間的通信；usart1采用同步spi模式，用于程序的下載和調試。

藍牙4.0通信方式分為廣播通信和連接通信。根據(jù)系統(tǒng)實現(xiàn)的功能，藍牙服務器與藍牙客戶端的花樣及音樂控制采用廣播通信方式，而獲取mac地址及花樣下載命令采用連接通信方式。為了確保智能網(wǎng)關與藍牙服務器正常通信，智能網(wǎng)關與藍牙服務器建立重發(fā)機制，即藍牙服務器對接收的控制命令進行校驗，并將校驗結果上傳給智能網(wǎng)關，當藍牙服務器未正確接收控制命令，則智能網(wǎng)關需要重發(fā)控制命令。同時，為了確保藍牙服務器與藍牙客戶端正常通信，藍牙服務器廣播控制命令時，需要連續(xù)廣播5次控制命令，藍牙客戶端接收2次以上相同控制命令，即為有效控制命令。

藍牙服務器與客戶端端軟件設計中的藍牙通信部分軟件使用ti公司的藍牙協(xié)議棧，該協(xié)議棧采用osal系統(tǒng)，程序開始運行后進入初始化程序，完成對軟硬件初始化，隨后系統(tǒng)會根據(jù)任務優(yōu)先級不間斷的對各個任務各個事件進行掃描，當掃描到有任務需要執(zhí)行時，系統(tǒng)會根據(jù)優(yōu)先級逐次執(zhí)行。根據(jù)系統(tǒng)功能，完成藍牙服務器端與藍牙客戶端程序任務劃分。

圖3中，led三維顯示器硬件設計主要是由主控、驅動、顯示以及通信模塊這四部分構成。led三維顯示器控制部分以stc12c5a60s2單片機為控制核心，顯示由512個藍色led霧燈組成8*8*8的立方體結構，uln2803作為顯示驅動部分；8個74hc573組成的鎖存器電路保存單片機i/o口輸出的數(shù)據(jù)，通過外部鎖存器模塊，以及顯示驅動電路的配合實現(xiàn)動畫的顯示。

花樣制作首先通過取模軟件將所要設計的三維畫面轉化為用于led三維顯示器顯示的花樣數(shù)據(jù)，再通過圖像旋轉，平移，縮放等算法，對花樣數(shù)據(jù)進行各種變換，圖形做變換時所采用的理論基礎為計算機圖形學的部分理論。以此讓靜態(tài)的三維花樣圖案動起來。

音頻信號的提取使用的音頻解碼器是vs1053b，通過spi通信。智能網(wǎng)關將sd卡中的音頻數(shù)據(jù)流發(fā)送到音頻解碼器中，音頻解碼器一方面將數(shù)據(jù)流解碼處理后輸出給音箱播放；另一方面可以對數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)進行頻譜分析，將分析后的頻譜數(shù)據(jù)放置在解碼器的ram里，智能網(wǎng)關可以定時向解碼器的ram讀取數(shù)據(jù)，通過控制程控增益模塊的參數(shù)，可以得到音頻能量數(shù)據(jù)；通過節(jié)奏提取、消除干擾等操作，得到音樂節(jié)奏數(shù)據(jù)。

參照圖1、圖2和圖3，本實施例的基于云平臺的led三維顯示器主要包括：用戶app、云平臺、智能網(wǎng)關及l(fā)ed三維顯示器。該系統(tǒng)借助云平臺采用mqtt通信方式，實現(xiàn)用戶app對智能網(wǎng)關的實時遠程通信，通過藍牙組網(wǎng)的方式完成智能網(wǎng)關與顯示器的數(shù)據(jù)傳輸，最終實現(xiàn)用戶app對三維顯示器的控制。

其中，用戶app是安裝在手機、平板電腦上的應用程序，它作為系統(tǒng)控制終端，在進行授權后，完成設備和用戶的注冊、綁定、授權等，進而可以實現(xiàn)對三維顯示器實時圖案花樣與音樂的控制及下載以及字符的控制等，并可實現(xiàn)觀眾互動功能。

其中，云平臺是系統(tǒng)的中心，它提供了豐富的api接口以及各類系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲和處理，實現(xiàn)用戶和智能網(wǎng)關的注冊、綁定和管理，方便多個用戶和多個設備的云端接入；同時為用戶app和智能網(wǎng)關提供通信的橋梁，實現(xiàn)用戶app對智能網(wǎng)關的遠程實時控制。

其中，智能網(wǎng)關提供三維顯示器與云平臺的連接通路，并通過藍牙4.0實現(xiàn)多個led三維顯示器的組網(wǎng)通信，還提供音樂數(shù)據(jù)存儲、播放、解析等功能。

其中，三維顯示器采用立體三維的顯示方式，可以實現(xiàn)花樣圖案的顯示、音樂節(jié)奏的顯示以及字符的顯示。

本發(fā)明以物聯(lián)網(wǎng)應用為基礎，采用云+端的組網(wǎng)方式，結合藍牙4.0協(xié)議實現(xiàn)用戶app到led三維顯示器終端的快速互聯(lián)，組網(wǎng)快速簡潔，可實現(xiàn)無線傳輸、多用戶、多終端等特點。采用三維立體led花樣顯示，突破傳統(tǒng)的平面廣告宣傳手段，采用三維立體顯示方式，能有效提升宣傳效果，并采用遠程控制、花樣更新、音樂下載等擴展功能，增加了系統(tǒng)的靈活性。并實現(xiàn)了互動效果，通過管理員授權，用戶可以通過安裝app等方式，實現(xiàn)對led三維顯示器花樣的自定義顯示設定，營造新穎、獨特的互動體驗。本顯示器經(jīng)過反復測試，新奇美觀，給受眾帶來很好的視覺及聽覺效果，具有廣闊的發(fā)展前景及商業(yè)價值，值得廣泛推廣。

以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。