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

　　在自定義的STCP 通信協(xié)議中，制定了一系列管理無(wú)線(xiàn)LED 顯示屏控制器的通信指令，主要為上位機軟件的編程提供具體的通信結構和規范。通信包格式如表1所示：

　　表1 通信包格式

　　注：

　　完整數據長(cháng)度： 整型字節(4 個(gè)字節長(cháng)度)，整個(gè)通信包的長(cháng)度;

　　命令字： 根據無(wú)線(xiàn)LED 顯示屏控制器通信指令表，見(jiàn)表2;

　　顯式控制字： 0-無(wú);1-上移;2-下移;3-左移;4-右移;5-靜止;6-閃爍;7-刪除;

　　數據內容：需要顯示信息內容;

　　校驗和： 全部數據累加校驗和;

　　根據無(wú)線(xiàn)LED 顯示屏控制器實(shí)際運用需要，制定了發(fā)送、刪除、顯示、連接、斷開(kāi)指令等。這些指令的代碼和主要作用如表2 所示。

　　表2 通信指令表

　　上位機軟件通過(guò)Internet 網(wǎng)絡(luò )將數據發(fā)送到無(wú)線(xiàn)LED 顯示屏控制器后，LED 顯示屏控制器需要對收到的數據進(jìn)行處理。根據指令的不同，可以控制LED 顯示屏的顯示內容及顯示模式(例如上移、下移、左移、右移、靜止、閃爍、刪除等)。

　　4 軟件設計

　　本系統的軟件設計包括兩部分： 上位機軟件和AVR 單片機的控制程序。上位機軟件完成與GPRS 模塊的通信， 控制LED 顯示屏上顯示的數據信息;AVR單片機的控制軟件主要完成系統初始化，GPRS 網(wǎng)絡(luò )連接，接收上位機發(fā)送的信息，分析接收信息內容，完成指令， 并按需將發(fā)布信息轉換為點(diǎn)陣信息， 送到LED顯示屏進(jìn)行顯示。

　　4.1 AVR 單片機的控制程序

　　AVR 單片機的控制程序主要完成以下功能：連接GPRS 網(wǎng)絡(luò )、數據傳輸、控制LED 屏顯示。

　　(1)初始化系統及SIM300 模塊，連接GPRS 網(wǎng)絡(luò );(2)依照顯示屏控制器與上位機的通信協(xié)議，與上位機通信握手，接收指令，解析指令，并將顯示數據等信息存儲與處理;(3)通過(guò)串口驅動(dòng)LED 屏，進(jìn)行信息的顯示等。

　　下面簡(jiǎn)單介紹SIM300 模塊與上位機實(shí)現TCP/IP無(wú)線(xiàn)通信流程。

　　AT+CGDCONT=1，“IP”，“CMNET” --注冊中國移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )

　　OK

　　AT+CGCLASS? --顯示GPRS 信息移動(dòng)的類(lèi)型

　　+CGCLASS： “B”

　　OK

　　AT+CGATT? --GPRS 服務(wù)附加/分離

　　+CGATT： 1

　　OK

　　AT+CGACT=1，1 --環(huán)境激活

　　OK

　　AT +CIPSTART = “TCP”，“202.196.87.7”，“2020” -- 啟動(dòng)

　　TCP 連接(上位機IP 地址及端口號)

　　OK

　　CONNECT OK --連接成功

　　AT+CIPSEND --通過(guò)TCP 發(fā)送數據

　　> HELLO

　　SEND OK --發(fā)送成功

　　4.2 上位機軟件

　　本系統的上位機軟件主要采用VC 設計一個(gè)通信界面，實(shí)現與LED 遠程控制器通信。用戶(hù)界面部分采用MFC 框架基于Dialog 實(shí)現。在利用Visual C++進(jìn)行通過(guò)TCP/IP 協(xié)議網(wǎng)絡(luò )傳輸數據開(kāi)發(fā)時(shí)， 采用IOCP 框架來(lái)實(shí)現Windows Socket 的完成端口模型。

　　IOCP 即I/O 完成端口(I/O Completion Port)，是一個(gè)異步I/O 的API，它可以高效地將I/O 事件通知給應用程序。一個(gè)套接字在被創(chuàng )建后，與一個(gè)完成端口進(jìn)行關(guān)聯(lián)。當一個(gè)事件發(fā)生的時(shí)候，此完成端口就將被操作系統加入一個(gè)隊列中， 然后應用程序可以對核心層進(jìn)行查詢(xún)以得到此完成端口。當某項I/O 操作一旦完成， 某個(gè)可以對該操作結果進(jìn)行處理的工作線(xiàn)程就會(huì )收到一則通知。在此應用程序中創(chuàng )建一定數量的工作線(xiàn)程來(lái)處理重疊I/O 請求的通知。

　　IOCP 框架的啟動(dòng)流程如圖6 所示。

　　IOCP 框架的實(shí)現步驟如下：

　　(1)初始化Winsock 工作環(huán)境，并創(chuàng )建完成端口，創(chuàng )建完成端口線(xiàn)程，建立一個(gè)監聽(tīng)套接字，使套接字與完成端口關(guān)聯(lián)起來(lái);

　　(2)監聽(tīng)套接字開(kāi)始工作，當監聽(tīng)套接字接收到客戶(hù)端TCP 的連接請求時(shí)，IOCP 會(huì )獲取并處理該消息，創(chuàng )建對應的Socket 對象進(jìn)行接收處理，完成連接工作;

　　(3)當客戶(hù)端完成TCP 連接后，可以開(kāi)始數據通信，由I/O 線(xiàn)程來(lái)負責分發(fā)I/O 請求，通過(guò)線(xiàn)程池來(lái)分配邏輯處理環(huán)境;

　　(4)在接收數據后，將微軟提供的一個(gè)I/O 數據結構(WSAOVERLAPPED)進(jìn)行擴展，完成協(xié)議解析和數據處理。

　　此外，這里的線(xiàn)程池只是一個(gè)管理隊列，用于處理線(xiàn)程資源的管理， 用最少的線(xiàn)程完成最大業(yè)務(wù)邏輯的處理。真正執行的線(xiàn)程函數也不完成詳細的業(yè)務(wù)處理，僅僅完成對I/O 請求的再調用，而由虛函數實(shí)現I/O 請求的再處理。

　　為了提高軟件的友好性， 框架采用Windows 的消息機制，與UI 進(jìn)行交互，通過(guò)窗口消息將框架的相關(guān)信息傳遞給UI 窗口。因此在框架中保留了一個(gè)指針成員， 并在需要的時(shí)候通過(guò)該指針調用消息響應函數向窗口發(fā)送消息，UI 根據消息反映框架的運行信息。

　　5 結語(yǔ)

　　根據近年來(lái)GSM/GPRS 數據通信技術(shù)等發(fā)展的趨勢，本文提出了基于GPRS 網(wǎng)絡(luò )的、使用低成本SIM300模塊的無(wú)線(xiàn)LED 屏控制器的設計方案， 該系統利用TCP/IP 協(xié)議實(shí)現了基于GPRS 網(wǎng)絡(luò )的無(wú)線(xiàn)數據的傳送。上位機將文字或圖片信息數據通過(guò)GPRS 網(wǎng)絡(luò )傳輸到遠程LED 屏終端， 也可以接收客戶(hù)端發(fā)送的數據，再根據數據的內容相應地完成各種命令，控制LED屏顯示相應的信息。該系統設計經(jīng)測試取得了良好的效果。