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随着内蒙古LED显示屏​技术的发展与提高,大型LED显示屏已广泛应用于各类公共场所,用于显示文字、图形、视频图像等多媒体信息。

2020-03-09

内蒙古LED显示屏在城市信息现代化建设中,LED显示屏成为现代信息传播的重要媒体之一。随着户外LED屏数量的剧增和使用范围的扩大,对LED显示屏的管理与控制提出了新的要求。

1 、系统工作原理:本系统主要由上位机和下位机组成。上位机为安装有LED屏管理软件而且能连接Internet 或GPRS网络的设备,例如PC、移动设备等。下位机为以AVR单片机控制模块为主的LED屏无线控制器。系统拓扑结构如图1 所示。系统主要利用GPRS模块作为无线Modem, 实现了LED显示屏无线控制器(作为客户端)拨号上网,与Internet 网络上的上位机(作为服务端)进行TCP 无线通信,实现数据传输,完成对LED 屏的无线数据更新。

2 、下位机硬件设计:LED屏无线控制器主要由四部分组成: 电源模块、GPRS模块、AVR单片机控制模块、LED显示屏。

2.1 AVR 单片机控制模块:为了保证通信数据的实时性和效率, 又能兼顾驱动LED 显示屏, 所以本模块采用的MCU 是拥有双串口的ATMEL 公司的ATmega 162.它是一款基于AVRRISC 的低功耗CMOS 的8 位单片机,其稳定性、可靠性非常高, 能适应各种环境, 适用于各种不同的无线LED 显示屏使用环境。本模块主要处理GPRS 模块接收到的信息, 并将接收到的屏显信息传送给LED 屏,同时通过串口发出AT 指令监视GPRS 模块是否有新消息。一旦有,立刻进入串口中断,对数据进行处理。在TCP/IP 协议下,数据采用十六进制的方式传输,不需要进行汉字解码,大大简化了系统外围电路的设计。

2.2 GPRS 模块电路:GPRS 模块采用了SIMCOM 公司的SIM300.该模块体积小巧,性能突出,可广泛应用于无线语音传输、车载系统、远程抄表、安全监控、遥控遥测、手持设备等领域。SIM300 模块具有功能完备的系统接口,内蒙古LED显示屏在内部集成了TCP/IP 协议栈,扩展了TCP/IP AT 指令,可以通过串口对其提供的AT 指令进行交互操作。这样可以降低开发难度,易于实现数据传输,而且成本较低,系统的可扩展性好。SIM300 需要外接SIM 卡卡座,其串口与单片机的串口相连,将GPRS 模块接收到的信息传送给单片机,然后进行数据处理。而AVR 单片机则控制SIM300 模块的开关,AVR 单片机与SIM300 模块的连接示意图如图3 所示。

2.3 LED 屏驱动电路:本系统的LED 条屏采用比较经典的74HC595 作为点阵输出的列驱动,采用ULN2803 作为行驱动。此方案的驱动电路设计软硬件设计简单,而且功耗低、驱动能力强、占用的I/O 口线较少,是一种造价低廉、应用灵活的设计方案。

3、 通信协议设计:由于本系统采用了GPRS 网络的通信模式, 所以上位机设置一个LED 控制器管理平台来管理所有的LED 控制器。这个LED 控制器管理平台(即“上位机软件”)通过TCP/IP 协议与LED 屏无线控制器进行通信,而且可以同时控制多台。上位机软件与LED 屏无线控制器之间采用GPRS 方式进行连接, 它们之间的连接关系如图4 所示。LED 屏无线控制器是客户端, 其数据的收发通过上位机软件控制。当LED 屏控制器上电运行后,会主动向上位机软件建立连接并握手,登录成功后,上位机软件与LED 控制器才能进行数据传输。上位机软件与各LED 屏无线控制器之间通信协议是以TCP 协议为基础协议, 并自定义了一个STCP协议层用于封装PDU(数据单元)数据层协议。STCP 协议层只为PDU 的承载框架, 提供安全可靠的传输过程。通信网络层结构图如图5 所示。在自定义的STCP 通信协议中,内蒙古LED显示屏制定了一系列管理无线LED 显示屏控制器的通信指令,主要为上位机软件的编程提供具体的通信结构和规范。

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