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基于GPRS的大屏幕LED显示系统的设计和实现

2012-01-10 00:00:00   作者:   来源:   评论:0 点击:




  摘要:结合GPRS技术提出了一种大型LED显示系统设计方案,可以通过手机或者其他信息平台向该系统发送信息控制工作,以实现远程控制。该系统结构简单稳定,操作方便灵活,环境适应能力强,价格低廉,具有广泛的应用前景。

  LED显示屏是上世纪80年代后期在全球迅速发展起来的新型信息传播媒体,是集微电子技术、光电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的大型显示系统。它以其色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、寿命长、工作性能稳定而日渐成为显示媒体中的佼佼者,广泛应用于广告、证券、信息传播、新闻发布等方面,是目前国际上较为先进的宣传显示媒体。本文提出一种基于GPRS和I2C总线结构的大型LED显示屏系统的设计方法,该系统首先允许客户在上位机对要显示的数据和图像进行处理,然后用GPRS模块发送信息,远程分布的GPRS模块接收远程控制和信息的内容,经过CPU单元处理后,通过I2C总线控制信息在各个终端的显示。系统中大型LED显示屏显示点阵为320×256像素,划分为32个显示模块,其中每个显示模块中的显示屏为长方形,含160×16个像素,由40个8×8的LED点阵块组合而成。

  1、系统总体方案

  该数据显示系统主要由上位机软件管理模块、GPRS的发送和接收模块、LED显示终端等部分组成,该系统框图如图所示。上位PC机功能为接收用户输入信息,将其通过RS-232串口发送给GPRS的发送和接收模块进行数据的传输。上位机管理模块是用户和该系统进行直接交流的平台,用户通过PC上位机管理软件输入要在LED点阵屏显示的文字和命令以及各种图像,可以选择静止、从下向上移、从右向左移、闪烁等显示方式,也能改变字体和移动速度等。远程的GPRS的发送和接收模块主要的功能是将接收到上位机的信息,及时准确地传送到希望的显示终端,本设计主要是通过I2C总线传送给各个显示终端。显示终端由多块LED点阵屏模块组成,每块点阵屏模块有16×160点阵,可以显示10个16×16点阵汉字。本系统采用I2C总线进行控制单元和每个显示终端的通信,LED点阵屏模块由MSP430F169单片机控制,能接收自身地址数据并控制显示。

'>       </center>      <br />      <br />      <center>        图:系统的结构框图       </center>      <br />        2、系统硬件设计<br />      <br />        该数据采集系统硬件包括上位机通信接口模块、GPRS的发送和接收模块、终端显示模块、终端数据处理单元。下面主要介绍GPRS的发送和接收模块和终端显示模块的设计。<br />      <br />        2.1 GPRS的发送和接收模块设计<br />      <br />        2.1.1 GPRS发送模块<br />      <br />        本系统选用的GSM模块是西门子的TC35I模块,这款无线模块是一个支持中文短信息的工业级的GSM模块,工作在EGSM900和GSM1800双频段,电源范围为直流3.3~4.8V,电源消耗:休眠状态时为3.5mA,空闲状态时为25mA,发射状态为300mA、2.5A峰值;可以输出语音和数据信号,功耗在EGSM900和GSM1800分别为2W和1W,通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。SIM电压为3V/1.8V,TC35I       的数据接口通过AT命令可以双向传输指令和数据,可选波特率为300b/s~115kb/s,自动波特率为1.2kb/s~115kb/s;支持TEXT和PDU格式的SMS,可通过AT命令或关断信号实现重启和故障修复。TC35I模块主要由供电模块、闪存、ZIF连接器、天线接口等6部分组成,作为TC35I的核心,基带处理器主要处理GSM终端内的语音和数据信息,并涵盖了蜂窝射频设备中的所有模拟和数字功能。<br />      <br />        2.1.2 GPRS数据接收模块<br />      <br />        本系统主要是应用GPRS模块与单片机进行数据传输,因此涉及的硬件主要是单片机和GPRS模块,本文GPRS模块选用西门子的TC35I,而单片机选择的是TI公司一种具有超低功耗、功能强大的16bit单片机MSP430F169       。由于该模块电源引脚有5个,且电压都是3.3~4.8V,因此本设计将5个引脚连在一起,直接接到外部4.2V电源上。但是本系统的外部电源是12V的直流电流,所以设计时采用LM2941稳压为4.2V.GPRS模块上的引脚IGT主要是用于点火复位,其作用是作为GPRS模块的一个复位转换系统,加电后为使TC35I进入工作状态,必须给IGT加一个大于100ms的低脉冲,电平下降持续时间不可超过1ms,这里通过RC电路来实现。TC35I的第32脚SYNC引脚有两种工作模式,一种是指示发射状态时的功率增长情况,另一种是指示TC35I的工作状态,可用AT命令AT+SYNC进行切换,本模块使用的是后一种。GPRS模块和单片机之间的数据通信主要是通过端口TXD0与TXD之间、RXD0与RXD之间的数据传输来完成。其中,GPRS模块上的TXD0口用于接收从单片机传来的数据,而单片机上的TXD端口用于向GPRS模块传送数据。GPRS模块上的RXD0口用于向单片机发送数据,单片机的RXD口则用于接收从GPRS模块传输来的数据。在TC35I的基带处理器上有一个综合SIM接口,该接口直接接线到主机接口(端到端连接器),用于连接到外部的SIM卡座。本系统接的SIM卡有CCCLK、CCVCC、CCIO、CCRST、CCIN、CCGND       6个引脚,分别对应接在TC35I的第1~第6个引脚上。模块的连接器和SIM卡座的引脚之间的距离不要超过20cm,为了达到最佳的效果,在SIM支架下敷设一层铜隔离网,该层敷铜与SIM卡的CCGND引脚相连。、<br />      <br />        CCVCC和CCGND之间的两个电容要离引脚尽量近,并且走线尽量阻抗低,以满足规范要求。MSP430F169单片机的振荡器的晶振为11.0592MHz,数据传输率设置为9600b/s,复位键RESET为高电平时复位。GPRS数据传输模块硬件部分的电路原理图如图所示。<br />      <br />      <center>        <img src=


图:GPRS接收模块设计程序流程图

  3.2 上位机管理软件设计

  在基于GPRS的LED的显示系统中,上位机机管理软件主要负责文本信息的编辑,对显示的数据根据TEXT或PDU模式进行编码,然后通过GSM的发送模块把信息发送出去。上位机软件使用可视化编程工具VisualC++6.0开发,首先根据LED显示屏的大小设置上位机文字和图像处理的尺寸,然后对输入的数据和图像进行编辑,最后把提取有用的数据通过通信接口传给下位机。在通信的过程中为了保证应用的广泛性,PC机的控制系统中采用了Microsoft Visual C++6.0开发工具中非常好用的多线程串口编程工具CSerialPort类,与自带的MSComm控件相比,这个类打包的时候不需要加入其他的文件,而且函数都是开放透明的允许用户改造。

  4、小结

  通过终端处理单元可以接收GPRS模块发送的数据,然后将数据通过I2C总线传给各个显示终端。终端显示采用串行移位输出方式可以实现一组字符的各种预定模式显示。本电路可扩展实现由30多个160×16点阵LED模块组成的LED电子显示屏显示控制。经实际应用表明,该电路稳定可靠,效果良好,具有一定的实用价值。但是本设计所用的控制卡只能控制显示屏的单色显示,如果能显示双色,甚至三色那就更方便了。如何使LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像,甚至视频,这需要在数据的存储和处理算法方面进一步研究。

C114中国通信网

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