基于SIM300的無(wú)線LED顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括兩部分： 上位機(jī)軟件和AVR 單片機(jī)的控制程序。上位機(jī)軟件完成與GPRS 模塊的通信， 控制LED 顯示屏上顯示的數(shù)據(jù)信息；AVR單片機(jī)的控制軟件主要完成系統(tǒng)初始化，GPRS 網(wǎng)絡(luò)連接，接收上位機(jī)發(fā)送的信息，分析接收信息內(nèi)容，完成指令， 并按需將發(fā)布信息轉(zhuǎn)換為點(diǎn)陣信息， 送到LED顯示屏進(jìn)行顯示。

4.1 AVR 單片機(jī)的控制程序

AVR 單片機(jī)的控制程序主要完成以下功能：連接GPRS 網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳輸、控制LED 屏顯示。

（1）初始化系統(tǒng)及SIM300 模塊，連接GPRS 網(wǎng)絡(luò)；（2）依照顯示屏控制器與上位機(jī)的通信協(xié)議，與上位機(jī)通信握手，接收指令，解析指令，并將顯示數(shù)據(jù)等信息存儲(chǔ)與處理；（3）通過(guò)串口驅(qū)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(jī)實(shí)現(xiàn)TCP/IP無(wú)線通信流程。

　　AT+CGDCONT=1,IP,CMNET --注冊(cè)中國(guó)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)

　　OK

　　AT+CGCLASS? --顯示GPRS 信息移動(dòng)的類型

　　+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(jī)IP 地址及端口號(hào)）

　　OK

　　CONNECT OK --連接成功

　　AT+CIPSEND --通過(guò)TCP 發(fā)送數(shù)據(jù)

　　> HELLO

　　SEND OK --發(fā)送成功

4.2 上位機(jī)軟件

本系統(tǒng)的上位機(jī)軟件主要采用VC 設(shè)計(jì)一個(gè)通信界面，實(shí)現(xiàn)與LED 遠(yuǎn)程控制器通信。用戶界面部分采用MFC 框架基于Dialog 實(shí)現(xiàn)。在利用Visual C++進(jìn)行通過(guò)TCP/IP 協(xié)議網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)時(shí)， 采用IOCP 框架來(lái)實(shí)現(xiàn)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(yīng)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(dāng)一個(gè)事件發(fā)生的時(shí)候，此完成端口就將被操作系統(tǒng)加入一個(gè)隊(duì)列中， 然后應(yīng)用程序可以對(duì)核心層進(jìn)行查詢以得到此完成端口。當(dāng)某項(xiàng)I/O 操作一旦完成， 某個(gè)可以對(duì)該操作結(jié)果進(jìn)行處理的工作線程就會(huì)收到一則通知。在此應(yīng)用程序中創(chuàng)建一定數(shù)量的工作線程來(lái)處理重疊I/O 請(qǐng)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(xiàn)步驟如下：

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

（2）監(jiān)聽(tīng)套接字開(kāi)始工作，當(dāng)監(jiān)聽(tīng)套接字接收到客戶端TCP 的連接請(qǐng)求時(shí)，IOCP 會(huì)獲取并處理該消息，創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的Socket 對(duì)象進(jìn)行接收處理，完成連接工作；

（3）當(dāng)客戶端完成TCP 連接后，可以開(kāi)始數(shù)據(jù)通信，由I/O 線程來(lái)負(fù)責(zé)分發(fā)I/O 請(qǐng)求，通過(guò)線程池來(lái)分配邏輯處理環(huán)境；

（4）在接收數(shù)據(jù)后，將微軟提供的一個(gè)I/O 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（WSAOVERLAPPED）進(jìn)行擴(kuò)展，完成協(xié)議解析和數(shù)據(jù)處理。

此外，這里的線程池只是一個(gè)管理隊(duì)列，用于處理線程資源的管理， 用最少的線程完成最大業(yè)務(wù)邏輯的處理。真正執(zhí)行的線程函數(shù)也不完成詳細(xì)的業(yè)務(wù)處理，僅僅完成對(duì)I/O 請(qǐng)求的再調(diào)用，而由虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)I/O 請(qǐng)求的再處理。

為了提高軟件的友好性， 框架采用Windows 的消息機(jī)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(diào)用消息響應(yīng)函數(shù)向窗口發(fā)送消息，UI 根據(jù)消息反映框架的運(yùn)行信息。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)近年來(lái)GSM/GPRS 數(shù)據(jù)通信技術(shù)等發(fā)展的趨勢(shì)，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LED 屏控制器的設(shè)計(jì)方案， 該系統(tǒng)利用TCP/IP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)了基于GPRS 網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線數(shù)據(jù)的傳送。上位機(jī)將文字或圖片信息數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程LED 屏終端， 也可以接收客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)，再根據(jù)數(shù)據(jù)的內(nèi)容相應(yīng)地完成各種命令，控制LED屏顯示相應(yīng)的信息。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)測(cè)試取得了良好的效果。