基于SIM300的無(wú)線(xiàn)LED顯示屏控制系統設計與實(shí)現

　　0 引言

　　隨著(zhù)LED 技術(shù)的發(fā)展與提高，大型LED 顯示屏已廣泛應用于各類(lèi)公共場(chǎng)所，用于顯示文字、圖形、視頻圖像等多媒體信息。在城市信息現代化建設中，LED 顯示屏成為現代信息傳播的重要媒體之一。隨著(zhù)戶(hù)外LED 屏數量的劇增和使用范圍的擴大，對LED 顯示屏的管理與控制提出了新的要求。

　　1 系統工作原理

　　本系統主要由上位機和下位機組成。上位機為安裝有LED 屏管理軟件而且能連接Internet 或GPRS 網(wǎng)絡(luò )的設備，例如PC、移動(dòng)設備等。下位機為以AVR 單片機控制模塊為主的LED 屏無(wú)線(xiàn)控制器。系統拓撲結構如圖1 所示。

　　系統主要利用GPRS 模塊作為無(wú)線(xiàn)Modem， 實(shí)現了LED 顯示屏無(wú)線(xiàn)控制器(作為客戶(hù)端)撥號上網(wǎng)，與Internet 網(wǎng)絡(luò )上的上位機(作為服務(wù)端)進(jìn)行TCP 無(wú)線(xiàn)通信，實(shí)現數據傳輸，完成對LED 屏的無(wú)線(xiàn)數據更新。

　　2 下位機硬件設計

　　如圖2 所示，LED 屏無(wú)線(xiàn)控制器主要由四部分組成： 電源模塊、GPRS 模塊、AVR 單片機控制模塊、LED顯示屏。

　　2.1 AVR 單片機控制模塊

　　為了保證通信數據的實(shí)時(shí)性和效率， 又能兼顧驅動(dòng)LED 顯示屏， 所以本模塊采用的MCU 是擁有雙串口的ATMEL 公司的ATmega 162.它是一款基于A(yíng)VRRISC 的低功耗CMOS 的8 位單片機，其穩定性、可靠性非常高， 能適應各種環(huán)境， 適用于各種不同的無(wú)線(xiàn)LED 顯示屏使用環(huán)境。

　　本模塊主要處理GPRS 模塊接收到的信息， 并將接收到的屏顯信息傳送給LED 屏，同時(shí)通過(guò)串口發(fā)出AT 指令監視GPRS 模塊是否有新消息。一旦有，立刻進(jìn)入串口中斷，對數據進(jìn)行處理。在TCP/IP 協(xié)議下，數據采用十六進(jìn)制的方式傳輸，不需要進(jìn)行漢字解碼，大大簡(jiǎn)化了系統外圍電路的設計。

　　2.2 GPRS 模塊電路

　　GPRS 模塊采用了SIMCOM 公司的SIM300.該模塊體積小巧，性能突出，可廣泛應用于無(wú)線(xiàn)語(yǔ)音傳輸、車(chē)載系統、遠程抄表、安全監控、遙控遙測、手持設備等領(lǐng)域。

　　SIM300 模塊具有功能完備的系統接口，在內部集成了TCP/IP 協(xié)議棧，擴展了TCP/IP AT 指令，可以通過(guò)串口對其提供的AT 指令進(jìn)行交互操作。這樣可以降低開(kāi)發(fā)難度，易于實(shí)現數據傳輸，而且成本較低，系統的可擴展性好。

　　SIM300 需要外接SIM 卡卡座，其串口與單片機的串口相連，將GPRS 模塊接收到的信息傳送給單片機，然后進(jìn)行數據處理。而AVR 單片機則控制SIM300 模塊的開(kāi)關(guān)，AVR 單片機與SIM300 模塊的連接示意圖如圖3 所示。

　　2.3 LED 屏驅動(dòng)電路

　　本系統的LED 條屏采用比較經(jīng)典的74HC595 作為點(diǎn)陣輸出的列驅動(dòng)，采用ULN2803 作為行驅動(dòng)。此方案的驅動(dòng)電路設計軟硬件設計簡(jiǎn)單，而且功耗低、驅動(dòng)能力強、占用的I/O 口線(xiàn)較少，是一種造價(jià)低廉、應用靈活的設計方案。

　　3 通信協(xié)議設計

　　由于本系統采用了GPRS 網(wǎng)絡(luò )的通信模式， 所以上位機設置一個(gè)LED 控制器管理平臺來(lái)管理所有的LED 控制器。這個(gè)LED 控制器管理平臺(即“上位機軟件”)通過(guò)TCP/IP 協(xié)議與LED 屏無(wú)線(xiàn)控制器進(jìn)行通信，而且可以同時(shí)控制多臺。上位機軟件與LED 屏無(wú)線(xiàn)控制器之間采用GPRS 方式進(jìn)行連接， 它們之間的連接關(guān)系如圖4 所示。

　　LED 屏無(wú)線(xiàn)控制器是客戶(hù)端， 其數據的收發(fā)通過(guò)上位機軟件控制。當LED 屏控制器上電運行后，會(huì )主動(dòng)向上位機軟件建立連接并握手，登錄成功后，上位機軟件與LED 控制器才能進(jìn)行數據傳輸。

　　上位機軟件與各LED 屏無(wú)線(xiàn)控制器之間通信協(xié)議是以TCP 協(xié)議為基礎協(xié)議， 并自定義了一個(gè)STCP協(xié)議層用于封裝PDU(數據單元)數據層協(xié)議。STCP 協(xié)議層只為PDU 的承載框架， 提供安全可靠的傳輸過(guò)程。通信網(wǎng)絡(luò )層結構圖如圖5 所示。

　　圖5 通信網(wǎng)絡(luò )層結構圖