基于GPRS的大屏幕LED顯示系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)

LED顯示屏是上世紀(jì)80年代后期在全球迅速發(fā)展起來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(tǒng)。它以其色彩鮮艷、動態(tài)范圍廣、亮度高、壽命長、工作性能穩(wěn)定而日漸成為顯示媒體中的佼佼者，廣泛應(yīng)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的宣傳顯示媒體。本文提出一種基于GPRS和I2C總線結(jié)構(gòu)的大型LED顯示屏系統(tǒng)的設(shè)計方法，該系統(tǒng)首先允許客戶在上位機對要顯示的數(shù)據(jù)和圖像進行處理，然后用GPRS模塊發(fā)送信息，遠(yuǎn)程分布的GPRS模塊接收遠(yuǎn)程控制和信息的內(nèi)容，經(jīng)過CPU單元處理后，通過I2C總線控制信息在各個終端的顯示。系統(tǒng)中大型LED顯示屏顯示點陣為320×256像素，劃分為32個顯示模塊，其中每個顯示模塊中的顯示屏為長方形，含160×16個像素，由40個8×8的LED點陣塊組合而成。

1 系統(tǒng)總體方案

該數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)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(tǒng)框圖如圖1所示。上位PC機功能為接收用戶輸入信息，將其通過RS-232串口發(fā)送給GPRS的發(fā)送和接收模塊進行數(shù)據(jù)的傳輸。上位機管理模塊是用戶和該系統(tǒng)進行直接交流的平臺，用戶通過PC上位機管理軟件輸入要在LED點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速度等。遠(yuǎn)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，及時準(zhǔn)確地傳送到希望的顯示終端，本設(shè)計主要是通過I2C總線傳送給各個顯示終端。顯示終端由多塊LED點陣屏模塊組成，每塊點陣屏模塊有16×160點陣，可以顯示10個16×16點陣漢字。本系統(tǒng)采用I2C總線進行控制單元和每個顯示終端的通信，LED點陣屏模塊由MSP430F169單片機控制，能接收自身地址數(shù)據(jù)并控制顯示。

圖1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(shè)計。

2.1 GPRS的發(fā)送和接收模塊設(shè)計

2.1.1 GPRS發(fā)送模塊

本系統(tǒng)選用的GSM模塊是西門子的TC35I模塊，這款無線模塊是一個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)時為3.5mA，空閑狀態(tài)時為25mA，發(fā)射狀態(tài)為300mA、2.5A峰值；可以輸出語音和數(shù)據(jù)信號，功耗在EGSM900和GSM1800分別為2W和1W，通過接口連接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。SIM電壓為3V/1.8V，TC35I 的數(shù)據(jù)接口通過AT命令可以雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，可選波特率為300b/s~115kb/s，自動波特率為1.2kb/s~115kb/s；支持TEXT和PDU格式的SMS，可通過AT命令或關(guān)斷信號實現(xiàn)重啟和故障修復(fù)。TC35I模塊主要由供電模塊、閃存、ZIF連接器、天線接口等6部分組成，作為TC35I的核心，基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語音和數(shù)據(jù)信息，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有模擬和數(shù)字功能。

2.1.2 GPRS數(shù)據(jù)接收模塊

本系統(tǒng)主要是應(yīng)用GPRS模塊與單片機進行數(shù)據(jù)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，且電壓都是3.3~4.8V，因此本設(shè)計將5個引腳連在一起，直接接到外部4.2V電源上。但是本系統(tǒng)的外部電源是12V的直流電流，所以設(shè)計時采用LM2941穩(wěn)壓為4.2V.GPRS模塊上的引腳IGT主要是用于點火復(fù)位，其作用是作為GPRS模塊的一個復(fù)位轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，加電后為使TC35I進入工作狀態(tài)，必須給IGT加一個大于100ms的低脈沖，電平下降持續(xù)時間不可超過1ms，這里通過RC電路來實現(xiàn)。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)時的功率增長情況，另一種是指示TC35I的工作狀態(tài)，可用AT命令A(yù)T+SYNC進行切換，本模塊使用的是后一種。GPRS模塊和單片機之間的數(shù)據(jù)通信主要是通過端口TXD0與TXD之間、RXD0與RXD之間的數(shù)據(jù)傳輸來完成。其中，GPRS模塊上的TXD0口用于接收從單片機傳來的數(shù)據(jù)，而單片機上的TXD端口用于向GPRS模塊傳送數(shù)據(jù)。GPRS模塊上的RXD0口用于向單片機發(fā)送數(shù)據(jù)，單片機的RXD口則用于接收從GPRS模塊傳輸來的數(shù)據(jù)。在TC35I的基帶處理器上有一個綜合SIM接口，該接口直接接線到主機接口(端到端連接器)，用于連接到外部的SIM卡座。本系統(tǒng)接的SIM卡有CCCLK、CCVCC、CCIO、CCRST、CCIN、CCGND 6個引腳，分別對應(yīng)接在TC35I的第1~第6個引腳上。模塊的連接器和SIM卡座的引腳之間的距離不要超過20cm，為了達到最佳的效果，在SIM支架下敷設(shè)一層銅隔離網(wǎng)，該層敷銅與SIM卡的CCGND引腳相連。