基于GPRS的大屏幕LED顯示系統的設計和實(shí)現

LED顯示屏是上世紀80年代后期在全球迅速發(fā)展起來(lái)的新型信息傳播媒體，是集微電子技術(shù)、光電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體的大型顯示系統。它以其色彩鮮艷、動(dòng)態(tài)范圍廣、亮度高、壽命長(cháng)、工作性能穩定而日漸成為顯示媒體中的佼佼者，廣泛應用于廣告、證券、信息傳播、新聞發(fā)布等方面，是目前國際上較為先進(jìn)的宣傳顯示媒體。本文提出一種基于GPRS和I2C總線(xiàn)結構的大型LED顯示屏系統的設計方法，該系統首先允許客戶(hù)在上位機對要顯示的數據和圖像進(jìn)行處理，然后用GPRS模塊發(fā)送信息，遠程分布的GPRS模塊接收遠程控制和信息的內容，經(jīng)過(guò)CPU單元處理后，通過(guò)I2C總線(xiàn)控制信息在各個(gè)終端的顯示。系統中大型LED顯示屏顯示點(diǎn)陣為320×256像素，劃分為32個(gè)顯示模塊，其中每個(gè)顯示模塊中的顯示屏為長(cháng)方形，含160×16個(gè)像素，由40個(gè)8×8的LED點(diǎn)陣塊組合而成。

1 系統總體方案

該數據顯示系統主要由上位機軟件管理模塊、GPRS的發(fā)送和接收模塊、LED顯示終端等部分組成，該系統框圖如圖1所示。上位PC機功能為接收用戶(hù)輸入信息，將其通過(guò)RS-232串口發(fā)送給GPRS的發(fā)送和接收模塊進(jìn)行數據的傳輸。上位機管理模塊是用戶(hù)和該系統進(jìn)行直接交流的平臺，用戶(hù)通過(guò)PC上位機管理軟件輸入要在LED點(diǎn)陣屏顯示的文字和命令以及各種圖像，可以選擇靜止、從下向上移、從右向左移、閃爍等顯示方式，也能改變字體和移動(dòng)速度等。遠程的GPRS的發(fā)送和接收模塊主要的功能是將接收到上位機的信息，及時(shí)準確地傳送到希望的顯示終端，本設計主要是通過(guò)I2C總線(xiàn)傳送給各個(gè)顯示終端。顯示終端由多塊LED點(diǎn)陣屏模塊組成，每塊點(diǎn)陣屏模塊有16×160點(diǎn)陣，可以顯示10個(gè)16×16點(diǎn)陣漢字。本系統采用I2C總線(xiàn)進(jìn)行控制單元和每個(gè)顯示終端的通信，LED點(diǎn)陣屏模塊由MSP430F169單片機控制，能接收自身地址數據并控制顯示。

圖1 系統的結構框圖

2 系統硬件設計

該數據采集系統硬件包括上位機通信接口模塊、GPRS的發(fā)送和接收模塊、終端顯示模塊、終端數據處理單元。下面主要介紹GPRS的發(fā)送和接收模塊和終端顯示模塊的設計。

2.1 GPRS的發(fā)送和接收模塊設計

2.1.1 GPRS發(fā)送模塊

本系統選用的GSM模塊是西門(mén)子的TC35I模塊，這款無(wú)線(xiàn)模塊是一個(gè)支持中文短信息的工業(yè)級的GSM模塊，工作在EGSM900和GSM1800雙頻段，電源范圍為直流3.3~4.8V，電源消耗：休眠狀態(tài)時(shí)為3.5mA，空閑狀態(tài)時(shí)為25mA，發(fā)射狀態(tài)為300mA、2.5A峰值；可以輸出語(yǔ)音和數據信號，功耗在EGSM900和GSM1800分別為2W和1W，通過(guò)接口連接器和天線(xiàn)連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線(xiàn)。SIM電壓為3V/1.8V，TC35I 的數據接口通過(guò)AT命令可以雙向傳輸指令和數據，可選波特率為300b/s~115kb/s，自動(dòng)波特率為1.2kb/s~115kb/s；支持TEXT和PDU格式的SMS，可通過(guò)AT命令或關(guān)斷信號實(shí)現重啟和故障修復。TC35I模塊主要由供電模塊、閃存、ZIF連接器、天線(xiàn)接口等6部分組成，作為T(mén)C35I的核心，基帶處理器主要處理GSM終端內的語(yǔ)音和數據信息，并涵蓋了蜂窩射頻設備中的所有模擬和數字功能。

2.1.2 GPRS數據接收模塊

本系統主要是應用GPRS模塊與單片機進(jìn)行數據傳輸，因此涉及的硬件主要是單片機和GPRS模塊，本文GPRS模塊選用西門(mén)子的TC35I，而單片機選擇的是TI公司一種具有超低功耗、功能強大的16bit單片機MSP430F169 。由于該模塊電源引腳有5個(gè)，且電壓都是3.3~4.8V，因此本設計將5個(gè)引腳連在一起，直接接到外部4.2V電源上。但是本系統的外部電源是12V的直流電流，所以設計時(shí)采用LM2941穩壓為4.2V.GPRS模塊上的引腳IGT主要是用于點(diǎn)火復位，其作用是作為GPRS模塊的一個(gè)復位轉換系統，加電后為使TC35I進(jìn)入工作狀態(tài)，必須給IGT加一個(gè)大于100ms的低脈沖，電平下降持續時(shí)間不可超過(guò)1ms，這里通過(guò)RC電路來(lái)實(shí)現。TC35I的第32腳SYNC引腳有兩種工作模式，一種是指示發(fā)射狀態(tài)時(shí)的功率增長(cháng)情況，另一種是指示TC35I的工作狀態(tài)，可用AT命令AT+SYNC進(jìn)行切換，本模塊使用的是后一種。GPRS模塊和單片機之間的數據通信主要是通過(guò)端口TXD0與TXD之間、RXD0與RXD之間的數據傳輸來(lái)完成。其中，GPRS模塊上的TXD0口用于接收從單片機傳來(lái)的數據，而單片機上的TXD端口用于向GPRS模塊傳送數據。GPRS模塊上的RXD0口用于向單片機發(fā)送數據，單片機的RXD口則用于接收從GPRS模塊傳輸來(lái)的數據。在TC35I的基帶處理器上有一個(gè)綜合SIM接口，該接口直接接線(xiàn)到主機接口(端到端連接器)，用于連接到外部的SIM卡座。本系統接的SIM卡有CCCLK、CCVCC、CCIO、CCRST、CCIN、CCGND 6個(gè)引腳，分別對應接在TC35I的第1~第6個(gè)引腳上。模塊的連接器和SIM卡座的引腳之間的距離不要超過(guò)20cm，為了達到最佳的效果，在SIM支架下敷設一層銅隔離網(wǎng)，該層敷銅與SIM卡的CCGND引腳相連。