基于GSM控制的太陽能LED顯示屏研究

鄒地長 彭元修 黃治國 盧嬌嬌

【摘要】本項目目的在于把太陽能和遠(yuǎn)程控制兩大技術(shù)集合在一起，讓LED顯示屏能夠獨立的工作在任意地方，而不受電源及地域影響。系統(tǒng)是基于GSM通信芯片TC35i作為通信模塊的主控芯片，結(jié)合外圍顯示屏的控制卡模塊、字庫模塊、太陽能供電模塊等電路模塊，它能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制LED顯示屏，即通過短信或者飛信來實時改變LED顯示屏的顯示內(nèi)容，并且能夠充分利用光伏發(fā)電技術(shù)來為整個系統(tǒng)供電。本文介紹了該系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計與各個模塊分析及工作原理。

【關(guān)鍵詞】LED顯示屏;GSM;太陽能;TC35i;字庫

1.引言

當(dāng)前戶外廣告流行的LED顯示屏廣告，戶外LED顯示屏廣告更能吸引人的眼球，讓更多人在有意無意中關(guān)注到了廣告中的產(chǎn)品，給人一種瞬間記憶，然而戶外廣告的難題就是電源供應(yīng)問題，如果利用太陽能光伏供電，就能輕松解決這個問題。基于GSM控制的太陽能LED信息顯示屏，這對于安裝在公路、碼頭、廣場等沒有電力線、或鋪設(shè)電纜不方便處是最好的選擇。一般位于地處偏僻的地方，消息送達(dá)相對比較困難，基于GSM的無線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)完美的解決了這一難題。光伏應(yīng)用系統(tǒng)更多時候成為一個相對孤立的整體，因為它無需電纜供電。這時，采取何種方法對其進(jìn)行維護(hù)（含信息更新、設(shè)備維護(hù)）是一個非常重要的問題，故無線通信己變得非常廉價、方便、廣泛的情況下采用基于無線通信的遠(yuǎn)程維護(hù)是必然之選。

2.設(shè)計方案

本文選用TC35i芯片作為系統(tǒng)的通信模塊，實現(xiàn)信息的接收與發(fā)送，利用加強版單片機STC12C5A60S2作為控制卡控制顯示芯片，系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。各模塊包含的功能如下：（1）通信模塊：接收需要顯示的數(shù)據(jù)，發(fā)送確認(rèn)收到信息，并將接收到的信息發(fā)送給控制模塊。（2）控制顯示模塊：將收到信息進(jìn)行處理，利用字庫里的信息，控制顯示屏的顯示。（3）供電模塊：為整個系統(tǒng)提供電源，通過各種變換，輸出不同的電壓電流。

圖1 系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖

3.硬件電路設(shè)計

3.1 通信模塊

該設(shè)計采用德國SIEMENS（西門子）公司的一款雙頻900/1800MHZ高度集成的GSM模塊TC35i進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的接收，獲得需要在顯示屏上顯示的內(nèi)容，并將信息發(fā)送至單片機進(jìn)行處理。單片機通過兩根I/O口控制TC35i的開關(guān)機、復(fù)位等，通過串口與TC35i進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通信速率為9600Kbps，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。TC35i模塊輸入輸出的TTL正電平邏輯不是+5V，而是+2.9V，因此必要時加端口保護(hù)。

3.2 字庫調(diào)用模塊

由于字庫芯片的供電為標(biāo)準(zhǔn)為3.3V，而系統(tǒng)電壓為5V，需要進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，SPI通信用與門進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，#HOLD管腳接2K電阻3.3V拉高。

3.3 控制顯示模塊

本設(shè)計采用STC12C5A60S2作為控制卡的控制芯片來控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管組成的LED顯示屏，在接收到來自GSM模塊的信息后，利用單片機進(jìn)行分析處理，最后驅(qū)動LED顯示屏顯示相應(yīng)的信息。

圖2 硬件架構(gòu)圖

圖3 太陽能供電結(jié)構(gòu)圖

3.4 供電模塊

本設(shè)計的電源是采用太陽能供電，太陽能發(fā)電是利用電池組件將太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要包括：太陽能電池組件（陣列）、控制器、蓄電池、逆變器、負(fù)載等組成。其中，太陽能電池組件和蓄電池為電源系統(tǒng)，控制器和逆變器為控制保護(hù)系統(tǒng)，負(fù)載為系統(tǒng)終端。太陽能供電模塊結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

4.軟件設(shè)計

/*（單片機從以M緩沖區(qū)讀取字符點陣數(shù)據(jù)，送到LED驅(qū)動模塊，再由驅(qū)動模塊送LED陣列顯示）*/

圖4

（1）若tc53i接收到短信，就會發(fā)送+CNMI： “SM”，INDEX（信息存儲位置），因此，當(dāng)單片機串口通信中檢測到“+CNMI”后，就會根據(jù)INDEX提取SM中對應(yīng)短信內(nèi)容存儲在緩沖區(qū)M中。

（2）通過分析M緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，找到所要顯示的信息，并將其中的PDU碼經(jīng)過地址計算，通過SPI發(fā)送給字庫芯片GT32L24M0140，取出字庫中的點陣數(shù)據(jù)存放在EEPROM中。

（3）將EEPROM中點陣數(shù)據(jù)用串口讀到LED顯示屏上。

5.仿真實現(xiàn)

該系統(tǒng)的仿真設(shè)計多方面的內(nèi)容：

（1）通信模塊的串口仿真，應(yīng)用protues當(dāng)中的模擬串口進(jìn)行單片機與TC35i之間的UART數(shù)據(jù)通信。

（2）用protues中的點陣模擬中文字符的顯示。

（3）用兩片單片機模擬主從SPI通信。

6.總結(jié)

本文設(shè)計中突破了傳統(tǒng)的LED顯示屏需要PC機來控制或手工更改LED顯示屏信息，且發(fā)送消息成本低廉或者免費，不受時間地域的影響。能夠廣泛的運用于政府、氣象、商業(yè)、交通、金融、餐飲、娛樂、地產(chǎn)、旅游、醫(yī)藥、文藝、體育等各個行業(yè)。并且利用太陽能供電的LED不用擔(dān)心受無法鋪設(shè)電纜的影響，且利用GSM控制的顯示屏可以隨時隨地的更改信息，很大程度的方便了廣告發(fā)布者。

參考文獻(xiàn)

[1]唐繼賢.51單片機應(yīng)用實例[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009：336.

[2]單片機原理應(yīng)用及應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002：37.

[3]李輝，蔡征宇.基于GSM短消息的無線通信系統(tǒng)[D].南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004.

[4]匡澍，史斌寧.基于GSM短消息的太陽能LED顯示屏系統(tǒng)設(shè)計[D].中山大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007.

[5]潘斌，郭紅霞.短信收發(fā)模塊TC35i的外圍電路設(shè)計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2004，7：38-41.