摘要：条形接显示器由四个显示屏组成，支持画面分割、拼接显示，具有字符显示和条幅显示功能，通过上位机软件推送显示字符和多功能条幅、可设置各屏的显示亮度、显示颜色等。它具备较宽的工作温度范围、贮存温度范围，具有防盐雾、防霉菌、防湿热、抗振动、抗电磁干扰的能力。

关键词：画面分割；字符显示；多功能条幅显示；抗恶劣环境

1概述

条形显示器采用RK3588处理器，由4屏拼接组成，具备字符、多功能条幅、图像显示，可通过上位机软件进行显示参数控制和显示外部系统推送文字、图像信息，可设置各分屏的显示亮度和屏幕颜色。

2特性

2.1技术指标

a）显示分辨率：单屏支持1920×1080，向下兼容；

b）亮度：不低于300cd/㎡；

c）具备字符、图像显示功能；

d）支持画面分割拼接显示；

e）显示字符及多功能条幅显示，显示内容可通过网络接口由上位机控制软件设定；

f）预留TB上位机软件系统接口，支持外部系统推送文字及图像信息；

g）支持两个设备上下拼接文字及图像信息显示；

h）接口：支持1路AC220V电源接口，2路10/100/1000M自适应以太网接口；

i）开关：1个电源开关；

j）指示灯：电源指示灯（绿色）；

2.2电源适应性

AC220V±10%，频率50Hz±5%。

功耗：不大于600W。

2.3接口要求

网络：提供2路10/100/1000M自适应网络接口；

电源：提供1路AC220V电源输入接口。

2.4电磁兼容性

设备满足GJB151B-2013《舰用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》的要求。

2.5环境适应性

设备满足GJB150-2009 《军用装备实验室环境试验方法》中的有关规定。

（1）环境温度：正常工作温度：-10℃～+55℃。

（2）相对湿度：温度不低于35℃，湿度不低于95%的高温高相对湿度环境的环境中正常工作。

（3）霉菌：设备应满足霉菌试验一级要求。

（4）盐雾：设备应能在盐雾浓度不大于2mg/m3的盐雾条件下正常工作。

2.6安全性

按照GJB900A-2012《装备安全性工作通用要求》开展安全性设计与分析。

3设计方案

3.1硬件设计

加固条形显示屏由四个加固显示屏（从左往右分别标识为“1号屏”“2号屏”、“3号屏”、“4号屏”）。

图1 电气原理图

1号屏采用RK3588主板，搭载8GB内存，通过软件和硬件处理，将主板输出的4K HDMI信号分割成4个1K HDMI信号，通过软件可实现4个屏显示不同的画面。

3.1.1主板

主板基于瑞芯微RK3588高性能处理器设计的四核ARM Cortex-A76 +四核ARM Cortex-A55工业板，Cortex-A76 核心主频高达2.0GHz/2.4GHz，Cortex-A55核心主频高达1.7GHz/1.8GHz。主板由核心板和底板组成，核心板板载CPU、ROM、RAM、晶振、电源、LED 等硬件资源，并通过工业级B2B连接器方式引出IO。

主板接口资源丰富，引出3 路Ethernet、2 路CAN、2 路RS422、2 路RS485、PCIe3.0、USB3.1 等通信接口，同时引出LVDS LCD、MIPI LCD、HDMI OUT、DP、eDP OUT、HDMI IN、6 路CAMERA（MIPI CSI）等音视频多媒体接口，支持多屏异显、8K@30fps H.265/H.264 视频编码、8K@60fps H.265/8K@30fps H.264视频解码，板载WIFI、Bluetooth模块，支持4G/5G/WIFI6 模块、SATA 硬盘。

主板实现整机三部分功能：

a）提供2个千兆网口用于数据通信；

b）提供将主板的一个4K信号通过处理分割成4个1K的HDMI接口，输出给4个显示屏；

c）提供4个显示屏的亮度控制；

主板温度指标如下：

工作温度：-20℃～+65℃；

存储温度：-40℃～+85℃；

操作湿度：5％～95％，无凝露。

3.1.2液晶屏

液晶屏是条形显示器的显示窗口，要求具有高清显示、高亮度、高对比度、宽视角的特点。液晶屏选用49英寸DV490FHM-NN3，它是一款常黑显示、透射式液晶模组产品，装配有WLED侧入式背光，自带LED驱动器背光驱动，无触摸，表面雾面。

DV490FHM-NN3提供400cd/m2的显示亮度、1200：1的透射对比度、上下左右可视角度均为89°，最佳观看角度为全视角，响应时间为8ms；每像素点采用8位灰阶信号，可显示16.7M颜色，色彩饱和度达68%（NTSC）。它采用LVDS接口信号，支持2通道8位信号，驱屏电压为12V，垂直刷新率为60Hz。DV490FHM-NN3相关参数如下：

尺寸：49英寸；

宽高比：16：9（H：V）；

显示区域：1073.78mm（H）×604mm（V）；

外观尺寸：1090.4mm×621.3mm；

分辨率：1920×1080；

像素：RGB垂直条状排列，像素间距0.55926mm×0.55926mm；

LED电压：DC24V；

背光PWM：0V（最亮），5V（最暗）；

背光控制电压：Von=1.5V-5.0V；Voff=0V-0.5V；

功耗：典型值96W；

工作温度：0℃～50℃；

贮存温度：-20℃～60℃。

液晶屏已进行温度摸底试验，液晶屏在-10℃～+55℃能正常工作，在-40℃～+60℃贮存试验，试验后液晶屏能正常工作。

液晶屏前面设置有ITO镀膜钢化玻璃，液晶屏与ITO玻璃采用光学胶进行结合，绑定成一个液晶屏模组，可有效防止液晶屏表面出现起雾的现象，并加强液晶屏的抗振动冲击能力。ITO导电玻璃四周包裹有铜箔，将导电玻璃与前面板壳体四周紧密搭接，可形成一个完整连续的导电面，确保完全电磁屏蔽。

3.1.3图像板

图像板的显示芯片采用紫光展锐RDA8503-X，支持2路HDMI、1路VGA视频输入、1路标准双通道8位LVDS信号输出，支持EN/PWM控制、支持1路KEY输出控制。经过硬件设计，图像板主要功能性能如下：

a）具有2路HDMI、1路VGA视频信号处理能力；

b）具有PWM调光和模拟调光功能；

c）具有OSD在屏调节功能；

d）接口要求：LVDS视频输出口，电源输入口，EN、PWM控制口，URAT接口；

e）输入电压：DC12V。

f）工作温度：-10℃～+55℃；

g）贮存温度：-40℃～+85℃。

图像板主要功能部件包括信号放大、主控制器、内存RAM、转换芯片。

3.1.4电源板

电源板主要为条形显示器电源转换，主要实现AC220V/DC12V和AC220V/DC24V的转换。电源输出的DC12V主要为主板和图像板供电，DC24V主要为液晶屏的LED驱动器供电；根据原理框图，仅1号屏提供主板，主板功耗约为30W，图像板的功耗约为10W，按单个屏幕最大功耗来计算，故单屏DC12V要求的最大功耗为40W，按电源效率80%计算，DC12V的功耗为50W，即DC12V的输出电流不小于4.16A。单个屏的LED驱动器约为90W，电源的效率按80%计算，DC24V的功耗为112.5W，故单屏的DC24V输出电流约为4.69A。为满足电源的要求，选用PA360-S12S24NB，技术指标参数如下：

a）输入电压：AC176-264V，频率（47～63Hz）

b）输出电压：DC12V/10A、DC24V/10A；

c）输出电压精度：±3%；

d）最大输出功率：360W；

e）典型效率：85%；

f）保护功能：输出过压保护、限流保护、短路恢复；

g）绝缘电阻：输入与输出端绝缘电阻≥200MΩ；

h）抗电强度：承受AC2000V电压历时1min，无火花、飞弧、击穿等现象；、

i）漏电流：不大于5mA；

g）散热方式：氧化铝型材外壳散热、空气自冷却；

k）工作温度：-25℃～55℃；

l）贮存温度：-40℃～+60℃。

3.2接口设计

条形显示器对外接口要求为1路AC220V输入电源接口，2路冗余网络接口，均设置在一号屏机器上。为满足分屏显示和调节功能，一号屏分别提供3路HDMI输出和1路电源输出接口，二号屏和三号屏提供1路AC220V电源输入、1路AC220V电源输出、1路HDMI接口；四号屏提供1路AC220V电源输入口和1路HDMI接口。

电源输入选用FB.FQN24-6ZJ10-C连接器，电源输出选用FB.FQN24-6ZK10-C，LAN口选用FB.FQN24-10ZJ10-C连接器， HDMI口选用FB.FQN24-26ZJ10-C连接器。

3.3软件设计

3.3.1主板软件

主板系统：Linux 4.9.37 系统；

开发环境：QT Linux-ARM 交叉开发环境；

软件界面采用QT5开发，QT可良好的实现跨平台，系统的适应性很强，方便后期的升级与移稙，采用界面自适应屏幕宽高技术，程序界面无拉伸、无压缩、美观大方。

考虑现场环境及使用方便性和良好的跨平台性，采用HTTP协议通过web来设置屏幕显示属性、显示效果及显示内容，方便可靠，操作性良好。

可实现对显示字符和显示条幅的推送，可设置字体大小、字体颜色、间距大小、对齐方式、上边框距，还可设置不同滚动模式、4个屏幕的显示亮度等。显示颜色控制通过主板设置对应屏幕的显示颜色来实现。

3.3.2图像软件

一号屏经过主板分割处理后的四个1K HDMI信号经过图像板输出LVDS供液晶屏显示。图像板软件将通道固定HDMI1显示，固定屏幕宽高比为16：9。

图像板软件分为时间进程模块、显示控制模块、状态转换模块，其中State转换模块为该软件主流程控制，即软件的核心。

时间模块主要实现指定时间后软件执行指定的命令；亮度等级控制主要调取HTTP协议设置好的屏幕亮度等级来调节主板的PWM信号的占空比，从而达到控制显示亮度的设置；状态转换主要是用于检测信号并根据检测结果推出显示内容。无信号是提出无信号，有信号显示主板对应分屏信号。

3.4电磁兼容设计

电磁兼容设计主要包含材料选用、电路设计、PCB设计、壳体设计、电缆选择及设计、液晶模组处理。

3.4.1材料选用

减少电磁干扰源，电路板使用全部敷地；电路不采用电感等器件，减少谐振电路的产生条件；

3.4.2电路设计

电源部分采用去耦电容滤波；供电接口考虑电源纹波滤除和开机浪涌电流之间的合理参数的计算和选择。

3.4.3PCB设计

按照要求对HDMI、LVDS等信号进行EMC设计和布局；数字地和模拟地分离单点接地，防串扰。高频电路采用等长走线，实现阻抗等效匹配，提高信号质量；差分信号采用配对走线，提高的信号抗干扰能力和降低电磁辐射；

3.4.4壳体设计

采用铝合金密封方式，机壳与内部、外部屏蔽电缆均接地；

3.4.5电缆选择和设计

对易受干扰的信号（如LVDS、VGA），采用带屏蔽层的线缆，且线缆就近接地处理；

3.4.6液晶模组处理

液晶模组由ITO镀膜钢化玻璃与液晶屏光学绑定形成，钢化玻璃外表面涂覆一层金属氧化物薄膜（ITO），用铜箔与ITO镀膜玻璃连接，液晶模组安装时，机壳通过铜箔与ITO镀膜形成一个连续的导电体，为保证电磁兼容处理效果，在液晶模组和机壳搭接处使用导电银胶处理，增加其导电能力，增加屏蔽效果能力。

3.5环境适应性设计

3.5.1热设计

低温设计：液晶模组在低温情况下会出现不能正常显示或拖尾现象，液晶模组选用工业级宽温液晶屏模组，并经过温度试验摸底，确保在-10℃工作正常。其他模块或板卡选型时选择宽温模块，确保低温时能正常工作。

高温设计：高温设计的目确保设备在+55℃的高温环境中设备正常运转和工作。条形显示器为封闭式结构，散热方式以传导散热为主，辐射散热为辅。

结构件采用一体加工成型工艺，保证机壳的热传导路径低热阻性；机壳内表面采用黄色阳极氧化的表面处理方法，以增强机壳表面吸收辐射的能力；

功率高的的显示芯片、主板芯片均设计有散热片，为增大散热面积，将散热片设置成多片状。装配时芯片和散热片间涂高效导热硅脂，将热量传递给散热片，再通过辐射方式将热量传递给机壳。

电源板的发热较高，安装时将电源板金属外壳紧贴机壳，缩短导热路径，热量快速传至机壳。

3.5.2抗力学设计

抗力学设计主要是提高钢性、强度主要针对结构件自身及各模块间连接的钢性；

当材料密度越小，固有频率可以越高，机箱选用成熟的高强度轻质铝合金。

为避免出现共振现象，将直立元件与PCB板灌封成为一个整体，加强了直立元器件腿脚的强度，提高板卡的抗振动、冲击性能。

选用的器件尽量避免对振动和冲击敏感封装，器件均采用扁平封装。

3.5.3抗振动设计

对整机及其各模块进行加固设计

a）对印制板使用多重加固，增强刚性。对易损元器件采取加装固定结构件或粘接加固；对印制板加装加强托板、加强条措施；

b）机箱设计采用可靠工艺进行组装，有效保证机箱的整体刚性。机箱前后面板与机箱箱体使用紧固螺钉有效连接。

3.5.4抗霉菌、盐雾、湿热设计

抗霉菌、盐雾、湿热设计设计主要是包括涂覆绝缘保护漆和提高机箱的密封性。

机箱外表面涂覆保护性油漆，防止空气中的水直接与金属机壳接触，图像板、电源板、主板等电路板均涂覆三防漆，提升耐潮湿能力；

机箱的前后壳均设置导电密封橡胶条，通过螺钉紧固，确保机箱处于密封状态，可防止空气中水进入机箱内部。

3.6安全性设计

3.6.1人身安全设计

人身安全设计主要防止电气事故、机械棱角、误操作等情况下人身的安全。采取的措施包括：

a）机器表面以及操作人员接触到的部分都作了抛光和氧化处理，无棱角和毛刺；

b）所使用的原材料均为无毒、阻燃材料，外壳采取绝缘措施，控制整机绝缘电阻。

3.6.2设备安全设计

设备安全设计指可能危害到设备本身的安全的事项，如电源短路、连接器误插接、耐电压不足等因素。

a）防误差、误碰设计

电源输入均采用针式输入，所有电源输出采用孔式输入，避免人误摸电源输出造成人身伤害。

b）接地设计

所有连接均为多点连接，无孤立金属外壳部分，不会造成静电电荷累积，整机设立独立接地柱，控制整机漏电流。

4结语

按照设备的技术要求，对硬件设计、软件设计、接口设计、电磁兼容设计、环境适应性设计、安全性设计，确保设备的功能得以实现。

作者简介：李朵花（1992.10）女，汉族，湖南新化，学士，工程师，从事加固计算机、加固KVM、加固显示器的设计工作