基于GSM 的遠程LED 點陣顯示系統(tǒng)

　　實現(xiàn)目標(biāo)：

　　制作一款帶有接收短信功能的點陣屏顯示系統(tǒng)，用于我校及公司等一些公共場所公共信息的發(fā)布。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)不管用戶在哪，身邊有沒有電腦，只要身上帶有電話，就可以利用移動通信網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)，發(fā)送自己想要顯示的字在點陣屏上顯示。

　　設(shè)計方案：

　　系統(tǒng)基于GSM 的無線遠程LED 點陣顯示系統(tǒng), 系統(tǒng)是借助于移動通信網(wǎng)絡(luò)的服務(wù), 應(yīng)用GSM 模塊的短消息功能,將信息從計算機傳輸?shù)竭h端的顯示屏。這種方式具有實現(xiàn)快捷、信息傳輸可靠、距離可以任意遠近、運行費用低等優(yōu)點, 可以廣泛地應(yīng)用于室外LED 點陣顯示。

　　點陣屏部分采用串行輸入，并行輸出，動態(tài)行掃描顯示漢字的方式。通過串并轉(zhuǎn)換器擴展I0口，達到控制LED點陣的64個列的目的。方案中運用8片串并轉(zhuǎn)換器74HC595級聯(lián)，鎖存4個字的一行數(shù)據(jù)，并用4/16譯碼器74HC154選擇對應(yīng)的行線，在主程序中通過逐行掃描使8片串并轉(zhuǎn)換器鎖存的數(shù)據(jù)依次輸入到點陣的列端口上，這樣依據(jù)人體視覺暫留，可以完整的看到掃描后的漢字。

　　硬件設(shè)計：

　　該系統(tǒng)電路主要包括數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、單片機控制模塊、點陣屏模塊，及其SD卡模塊構(gòu)成。單片機作為系統(tǒng)的核心控制部件，主要完成對點陣屏和gsm模塊的數(shù)據(jù)傳輸。其中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為點陣屏要顯示的漢字，傳輸數(shù)據(jù)時一種形式是實時發(fā)送數(shù)據(jù)

　　(1) GSM模塊電路

　　主要由TC35I模塊、電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232 、電壓轉(zhuǎn)換芯片LP3966-ADJ 、SIM 卡座電路等構(gòu)成。由于我們只使用模塊的短消息功能，不需要聲音功能和電池充電功能，因此只需要正確設(shè)計出啟動電路、SIM卡電路和RS232電平轉(zhuǎn)換等電路遍可與單片機連接，由單片機控制實現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)。

　?、佟C35I模塊簡介

　　TC35I模塊有40個引腳，通過一個ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)連接器引出。這40個引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。

　　單片機通過串口與TC35進行數(shù)據(jù)通信，通信速率為9600bps，采用8位異步通訊方式，1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。TC35模塊輸入輸出的TTL正電平邏輯不是+5V，而是+2.8V左右，因此必要時加端口保護。

　　②、電源模塊

　　GSM模塊TC35I對電源的要求十分嚴(yán)格，模塊的工作電壓范圍為3.3～4.8V，推薦值為4.2V，當(dāng)?shù)陀?.3V時，TC35I模塊將自動關(guān)機。模塊啟動時也需要很大的電流才可以啟動，否則模塊不能正常工作?；谏鲜?，電源芯片的選擇采用LP3966-ADJ，該芯片可以滿足大電流的要求，可以達到3A的電流峰值，并且可以通過調(diào)節(jié)電阻R13使得輸出電壓有很大的變化范圍，電源輸出電壓值選擇4.2V。電源電路如圖2所示。

　?、?、SIM模塊

　　TC35I模塊采用外接SIM，24～29為SIM卡引腳，SIM上的CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND通過SIM卡卡座與TC35I的同名端直接相連，ZIF連接座的CCIN引腳用來檢測SIM卡是否插好，如果連接正確，則CCIN引腳輸出高電平，否則為低電平?？紤]到干擾的問題，通常在CCRST和CCVCC接兩個小電容與地相連。

　?、?、接口電平轉(zhuǎn)換

　　單片機的接口電壓為TTL電平，而TC35I模塊的數(shù)據(jù)口電壓為2.8V左右，因此在單片機與模塊進行串行通信時，不能直接相連，需要加端口保護電路，此部分電路采用74F07芯片實現(xiàn)端口電平的轉(zhuǎn)換。電路如圖4所示。

　　　(2)點陣屏顯示模塊

　　LED點陣顯示屏是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字圖形等各種信息的顯示屏幕。

　　LED 點陣顯示器主要主控制器、各字行、列顯示控制芯片和顯示模塊等部分組成。本點陣模塊采用串行輸入，并行輸出，動態(tài)行掃描顯示漢字的方法。通過串并轉(zhuǎn)換器擴展I0口，達到控制LED點陣的64個列的目的。方案中運用8片串并轉(zhuǎn)換器74HC595級聯(lián)，鎖存4個字的一行數(shù)據(jù)，并用4/16譯碼器74HC154選擇對應(yīng)的行線，在主程序中通過逐行掃描使8片串并轉(zhuǎn)換器鎖存的數(shù)據(jù)依次輸入到點陣的列端口上，這樣依據(jù)人體視覺暫留，可以完整的看到掃描后的漢字。

　　列驅(qū)動電路原理

　　由于顯示多個漢字，需要多塊LED點陣塊，就需要采用級聯(lián)多只串并轉(zhuǎn)換器74HC595從而實現(xiàn)點陣的擴展。左圖是74HC595的引腳分布圖，各引腳功能為：

　　QA~QH: 并行數(shù)據(jù)輸出，即存儲器的數(shù)據(jù)輸出

　　QH’ 9 串行數(shù)據(jù)輸出

　　SCK 11 移位寄存器時鐘輸入

　　RCK 12 存儲寄存器時鐘輸入

　　G 13 輸出有效(低電平)

　　SCLR 10 主復(fù)位(低電平)

　　SER 14 串行數(shù)據(jù)輸入　　74HC595是具有8位移位寄存器和一個存儲器，三態(tài)輸出功能。移位寄存器和存儲器使用獨立的時鐘。數(shù)據(jù)在SH_CP的上升沿輸入，在ST_CP的上升沿進入到存儲寄存器中去。如果兩個時鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲器早一個脈沖。移位寄存器有一個串行移位輸入端DS，一個串行輸出Q7’和第二片74HC595的DS連接實現(xiàn)多片擴展。OE是輸出使能端，該端為低電平時數(shù)據(jù)從74HC595寄存器內(nèi)輸出到數(shù)據(jù)總線上。

　?、?、行驅(qū)動電路原理

　　4線—16線譯碼器,可以實現(xiàn)地址的擴展。

　　引腳說明

　　1-11 13-17 ：輸出端。(outputs (active LOW))

　　12：GND電源地 (ground (0 V))

　　18-19：使能輸入端 (enable inputs (active LOW))

　　20-23：地址輸入端 (address inputs)

　　24：VCC電源正 (positive supply voltage)

　　8*8點陣由64個發(fā)光二極管組成，且每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點上。當(dāng)點陣中的某一行置高電平，某一列置低電平，則該行列線交叉點的二極管就點亮。因此要實現(xiàn)某一列的發(fā)光二極管都點亮，則該列的列線上都應(yīng)送上低電平，所有行線送高電平;若實現(xiàn)某一行的發(fā)光二極管都點亮，則該行的行線上都應(yīng)送上高電平，所有列線送低電平，這一操作可以利用軟件掃描的方法來實現(xiàn)。

　　(3)SD卡模塊

　　由于單片機內(nèi)部儲存空間的局限性，無法將整個HZK16文件的內(nèi)容全部存儲進去，所以我們考慮到利用SD卡來儲存漢字庫文件。這樣就可以通過單片機控制SD卡的讀寫將GSM無線數(shù)據(jù)模塊所收到的信息轉(zhuǎn)化為漢字顯示到點陣屏上。

　　單片機通過SPI口與SD卡模塊相連接，SD卡內(nèi)部操作系統(tǒng)采用FAT32格式，所以，所有數(shù)據(jù)的讀寫均通過操作系統(tǒng)方式對SD卡內(nèi)儲存的數(shù)據(jù)進行操作。

　　　軟件分析：

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計主要有四個功能:① 控制GSM 模塊; ②根據(jù)接收到的內(nèi)容從SD卡的漢字庫文件中讀取字模數(shù)據(jù); ③向點陣顯示模塊傳輸數(shù)據(jù); ④協(xié)調(diào)各個顯示模塊同時更新顯示的數(shù)據(jù)。

　　系統(tǒng)主程序流程圖如圖5所示，初始化部分完成單片機的初始化和SD卡模塊的初始化操作，并且完成對TC35I模塊的啟動，完成模塊登錄到GSM網(wǎng)絡(luò)，使之進入待機狀態(tài)。通過AT指令對GSM模塊進行初始化設(shè)置，使之可以接收和發(fā)送短消息，控制中心(手機)發(fā)送控制命令，通過接收短消息子函數(shù)解析短消息內(nèi)容，完成對顯示屏內(nèi)容的改變。

　　根據(jù)主程序流程圖和實際軟件調(diào)試的步驟，系統(tǒng)軟件的調(diào)試分幾個模塊：調(diào)試點陣屏顯示程序、調(diào)試TC35I模塊實現(xiàn)正常收發(fā)短消息、調(diào)試SD卡模塊、調(diào)試各種編碼轉(zhuǎn)換。最終整合程序，完成主程序。

　　調(diào)試TC35I模塊主要是對AT指令的熟練運用，通過不同的AT指令對模塊進行設(shè)置，實現(xiàn)模塊可以和單片機正常通信，模塊自己識別指令完成收發(fā)短消息的操作，此時的短消息是傳輸不同命令的短信內(nèi)容編碼轉(zhuǎn)換主要是綜合上面的小程序，其一漢字轉(zhuǎn)換成字符格式，這樣才可以實現(xiàn)對短消息的傳輸，短消息包括點陣屏所要顯示的漢字。其二把收到的短消息字符數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成國標(biāo)碼，這樣才能跟SD卡里所儲存的漢字庫文件中漢字想對應(yīng)，完成漢字的顯示。

　　設(shè)計總結(jié)：

　　GSM作為國內(nèi)通用移動通信網(wǎng)，具有其它通信方式不可比擬的優(yōu)越性，通信范圍廣、傳輸數(shù)據(jù)可靠性高、短消息業(yè)務(wù)經(jīng)濟實惠，是遠程無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)比較好的數(shù)據(jù)傳輸方式，且GSM網(wǎng)覆蓋范圍廣，系統(tǒng)抗干擾能力強、通信誤碼率低。

　　本系統(tǒng)所設(shè)計的基于GSM 的無線LED 顯示屏系統(tǒng),具有電路簡單,組裝、擴展容易方便,亮度高、整屏亮度均勻,無線傳輸距離可以任意遠近,運行費用低,可靠性高低等特點。但是，目前做出了電路板，但是還是有一定的不足，還有一些方面有待改進，考慮到實際場合的應(yīng)用，電源的供應(yīng)可以選擇蓄電池，也可以考慮使用太陽能作為系統(tǒng)的電源，這樣可以大大提高系統(tǒng)的實用性。