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如何设计与实现LED显示屏网络直连

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如何设计与实现ＬEＤ显示屏网络直连
来源：大比特商务网
摘要:文章针对LED显示屏调试过程中对网络直连的需求,提出了一种网络直连的方法。该方法可自动匹配ＰC机与LED显示屏ＩP在同一网段，实现它们之间的网络直连通信,启动系统时自动保存PＣ机网络配置,退出系统时自动恢复PＣ机网络配置。通过这种方式使用户不用知道LEＤ显示屏的IＰ地址,也不用修改PＣ机的IP，便可实现PC机与LED显示屏之间的网络通信，让用户方便、高效地调试LED显示屏，并为类似的应用提供了一种可借鉴的解决方案。
关键字：显示屏,效劳器,PC,LEＤ
引言
在LED显示屏工程应用中,显示屏一般在出厂前要做好参数配置、调试、点亮，并做节目测试，否那么由于现场条件限制，这些工作很难开展。在做调试和节目测试时,可通过串口和网口进展通信,而随着网络普及和速度的提升，网络通信方式被更多的用户采用，即用户通过集线器或网络直连的方式与显示屏通信。其中通过集线器，PC机和显示屏IP可不在同一个网段;而网络直连时,PＣ机和显示屏的IP地址必须在同一个网段。不管采用哪一种方法，都必须知道两者的ＩP地址才能进展通信。但在调试过程中,由于LEＤ控制卡太多、放置时间太长或由不同的人进展配置,有时用户可能不知道显示屏的IP地址，这样就很难开展工作了。另外,出厂配置的IP地址和现场安装的IP地址可能不一样，并且现场安装的显示屏IＰ地址由于用户千差万别,其ＩP地址段也不一样。这样一来,在调试过程中，需要反复修改显示屏或PC机的ＩP地址,带来很大的工作量。因此,基于应用中的这些问题,有用户提出能否采用网络直连的方式,无需知道ＬED显示屏的IＰ地址,也不用修改PC机的IP就可实现PC机与ＬED显示屏网络通信，让用户更方便地调试LED显示屏。通过市场调研，有些软件声称实现了ＬEＤ显示屏网络直连的方式,但在具体实现上并不能令人满意，例如稳定性、可靠性和时效性等方面并不如意。经过研究,本文提出一种新的网络直连的方法，可以很好地解决这些问题,让用户方便、可靠、高效地调试显示屏。
1主要功能需求分析和模型构建
对于网络直连，硬件如图1所示，用网络直连线将PC机和显示屏连接起来，然后手动设置它们的IＰ地址在同一个网段,即可进展通信了。

但采用这种方式,如果事先不知道显示屏的IP地址,将很难进展通信。为了到达不知道显示屏IP地址也能实现PＣ机与显示屏直连通信的目的，可借助DHCP效劳原理来解决：即设置LED显示屏为某固定IP地址的DHCP效劳器，设置ＰC机网卡为自动获取IP地址的方式,通过ＤHCＰ效劳功能,自动配置ＰC机的网卡IP地址，这样网络连接通道就建立了。有些开发商就采用这种方式实现了网络直连，但这种方法存在一些问题：其一，由于UDP通信为不连接通信,其通信可靠性要差一些，容易失败；其二,只能通过操作系统自带的系统完成，没有干预，用户不能设置超时,有时等待时间太长，最长为6０秒；其三，ＤHCＰ为固定IP方式，在实际应用中显然不太好;其四，退出系统时,不能恢复PC机原有的网卡配置信息。

基于此，经过研究，本文提出一种新的网络直连方法，可以实现网络直连、自动获取IP地址以及实现PC机网卡配置信息保存和恢复等功能,克制当前实现方法的缺乏,提高可靠性、稳定性和时效性等各方面性能,其系统模型如图2所示,主要功能和工作流程如下：
(1)启动系统时,检索、访问PC机的所有网卡,并保存其网卡配置信息，供退出系统时恢复;(2〕启动网络直连进程；(3)播送IP地址请求数据包;(4〕返回IＰ地址数据包;(5)解包,获取PC机和LED显示屏的IP地址，设置PＣ机的IP地址;〔6〕返回LＥD显示屏的ＩP地址，关闭网络直连，完成通信通道的建立;(７)建立PC机和LED显示屏的通信通道后，即可对显示屏进展读/写参数、发送节目、开关屏等通信控制操作；(8)退出系统时,根据〔1〕保存的网卡配置信息，恢复PC机网卡的原始状态。
在以上流程中，〔2〕~〔６)是核心过程,它模拟DＨCP效劳,实现PC机播送请求ＩP地址，获取PC机IP地址并设置,上传ＬED显示屏IP地址,完成网络直连通道的建立，是进展网络直连操作时必做的步骤;〔1〕和〔8〕是启动和退出系统时所做的保存PC机网卡配置信息和恢复网卡配置信息操作;(７)是在完成网络直连通道后进展的显示屏控制的一般操作。本文重点介绍前两者。
2关键功能的设计和实现
2．1保存ＰC机网卡配置信息
用来调试显示屏的PC机，一般是一机多用,在调试显示屏的同时,还用来办公、上网,其网卡IＰ地址可能是固定的或自动获取的。在做网络直连时，可能会改变其IP地址，为了不影响用户的工作,退出时需要自动恢复其ＩP地址。而要做到这一点，可在启动LED控制软件时,读取当前网卡配置信息，如ＩP地址、网卡名、MAC地址、网卡类型、是否是自动配置ＩP地址等等,将这些信息放入一个链表中保存，同时设置一个标识，记录用户在调试显示屏的过程中，是否使用过网络直连操作，待退出系统时使用。
在Wｉndows操作系统中，可使用IPＨelper接口来读取网卡信息，它是一套用于管理本地网络设置的APＩ，通过它使用IP_ＡＤAＰＴER＿IＮFＯ构造,可以方便地提取上述网卡配置信息,保存到链表中。
2.２借鉴DＨCP效劳原理,构建网络直连通道
要实现PC机和LED显示屏网络直连通信,必须解决两个关键问题：其一，让PC机和LED显示屏在同一个网段;其二，知道LＥD显示屏的ＩP地址。
除此之外，还要解决多网卡、无线网卡对网络直连的干扰等现象。借鉴DHCP原理，主要解决思路如下:
(1)在PC机端设计一个网络直连控制进程;(2)需要网络直连时，启动该进程，通过Wｉｎdowｓ相关网络APＩ函数和注册表信息,确定与LED显示屏连接的非无线网卡，将其MAC地址放入构建请求IP地址的UDＰ数据包中,然后播送出去,同时启动内部UDP包捕获子进程；(3)LEＤ显示屏收到请求IP地址的UDP包后,根据本身IＰ地址，构造一个PC机的IＰ地址,将其播送出去，为了不引起混乱,这里构建的是伪DＨCP包,正常的Ｗiｎｄｏwｓ客户端收到该UDＰ包时,并不会自动改变其ＩP地址;〔4)网络直连控制进程的UDP包捕获子进程接收到分配的IP地址的UDP包后，解包得到ＰC机的IP地址和LEＤ显示屏的IP地址;〔5〕设置PC机网卡IP地址，上传LED显示屏的IP地址给控制软件，成功后，关闭网络直连控制进程,完成网络直连通道的建立。
这个网络直连的过程涉及三个系统：(1)网络直连控制进程,它构建请求IＰ地址UDP数据包并播送出去,同时监控目标网卡的６8端口,捕获返回的UDP数据包,解析出PC机的IP地址和LED显示屏的IＰ地址，然后设置PＣ机的IP地址,将LED显示屏的IＰ地址提交给主进程，完成网络直连的任务;〔2〕LED显示屏DHCP效劳子进程,它接收PC机的IＰ地址请求，构建并设置自身ＩP地址,并返回PＣ机的ＩP地址的伪DHCP包;(3)LED控制软件，当用户选择网络直连方式时，启动网络直连控制子进程，实现网络直接通道的建立,完成后，关闭该进程。
2.3恢复PC机网卡的配置信息
退出系统时，根据2.1保存的是否使用过网络直连的标识进展判断,如果没有使用过网络直连方式,那么无需执行网络IP恢复功能;否那么将执行恢复功能，复原2.１保存的网卡配置，恢复网卡IＰ地址可使用nｅtsｈｉｎterfaceipｓet命令。同时,为了加快处理速度并提高成功率,可按禁用网卡、设置网卡IP地址、再启用网卡的步骤实施:
〔1)使用Wｉｎdｏｗs的SetupAPI相关接口API函数禁用目标网卡；〔2)恢复目标网卡ＩP设置,根据静态IＰ地址和动态IP地址，分别用不同的命令:
a.恢复静态IＰ地址命令。
ａ．恢复静态IＰ地址命令
neｔshinteｒfaceipseｔadｄrｅｓsname=“本地连接〞
ｓoｕrce=statｉcａddr=192.１68.1.19mask＝255.
2５5.25５．0gａtｅwａy=ｎｏne
b．恢复动态IP地址命令。
ｎetshinｔerｆacｅipsetadｄrｅss“本地连接〞dｈcp
(3)使用SｅｔuｐAPI相关接口AＰI函数启用目标网卡,这样就完成了网卡配置信息的恢复。
３结论
本文针对LED显示屏调试过程中对网络直连的需求,提出一种网络直连的方法,系统在启动时自动保存网卡配置信息,使用网络直连进程构建网络直连通道,退出系统时自动恢复网卡配置信息，使用户无需知道LED显示屏的IP地址,也不用修改PC机的IP地址,便可实现PC机与ＬＥD显示屏的网络通信。该方法在LED导航者软件中使用,其可靠性、稳定性和时效性得到了用户的认可,取得了良好的效果。实践证明，该方法可为类似的应用提供一种可供借鉴的解决方案。
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