基于SIM300的無線LED顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　在自定義的STCP 通信協(xié)議中，制定了一系列管理無線LED 顯示屏控制器的通信指令，主要為上位機(jī)軟件的編程提供具體的通信結(jié)構(gòu)和規(guī)范。通信包格式如表1所示：

　　表1 通信包格式

　　注：

　　完整數(shù)據(jù)長度： 整型字節(jié)(4 個(gè)字節(jié)長度)，整個(gè)通信包的長度;

　　命令字： 根據(jù)無線LED 顯示屏控制器通信指令表，見表2;

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

　　數(shù)據(jù)內(nèi)容：需要顯示信息內(nèi)容;

　　校驗(yàn)和： 全部數(shù)據(jù)累加校驗(yàn)和;

　　根據(jù)無線LED 顯示屏控制器實(shí)際運(yùn)用需要，制定了發(fā)送、刪除、顯示、連接、斷開指令等。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(jī)軟件通過Internet 網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到無線LED 顯示屏控制器后，LED 顯示屏控制器需要對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。根據(jù)指令的不同，可以控制LED 顯示屏的顯示內(nèi)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(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)通過串口驅(qū)動(dòng)LED 屏，進(jìn)行信息的顯示等。

　　下面簡單介紹SIM300 模塊與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)TCP/IP無線通信流程。

　　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TCP/IP 協(xié)議網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)開發(fā)時(shí)， 采用IOCP 框架來實(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(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)聽套接字，使套接字與完成端口關(guān)聯(lián)起來;

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

　　(3)當(dāng)客戶端完成TCP 連接后，可以開始數(shù)據(jù)通信，由I/O 線程來負(fù)責(zé)分發(fā)I/O 請求，通過線程池來分配邏輯處理環(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I/O 請求的再調(diào)用，而由虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)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(jī)制，與UI 進(jìn)行交互，通過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

　　根據(jù)近年來GSM/GPRS 數(shù)據(jù)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)測試取得了良好的效果。