GPRS與STC單片機(jī)的LED顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 倪麗惠

LED顯示屏屬于一種全新型的電子產(chǎn)品，目前得以廣泛應(yīng)用，甚至在我們意識(shí)不到的時(shí)候，LED顯示已經(jīng)成為了我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠帧Ｎ覀冎車(chē)泻芏嗖煌牡胤剑热鐧C(jī)場(chǎng)、大型商場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)和廣告牌，每天都可以看到它們，本文主要討論的是基于GPRS與STC單片機(jī)的LED顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，希望能對(duì)LED顯示屏的發(fā)展設(shè)計(jì)提供一些幫助。

1 傳統(tǒng)電子顯示屏

傳統(tǒng)電子顯示屏的內(nèi)容由PC機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線發(fā)送，傳動(dòng)信息不方便并且只適用于短距離信息的傳送，不到1km，實(shí)際使用時(shí)可能不止這點(diǎn)距離，所以在使用時(shí)多有不便；選擇脫機(jī)屏不方便進(jìn)行信息管理與存儲(chǔ)，需要更換芯片，會(huì)造成不必要的人力物力的浪費(fèi)；選擇連機(jī)屏雖然方便進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，但是通信線的費(fèi)用比較高，一般和信息顯示屏與上位機(jī)的距離成正比，所以也是一個(gè)很令人頭疼的問(wèn)題。

1.1 傳統(tǒng)電子顯示屏的控制方式

根據(jù)不同需求，人們根據(jù)不同的控制方式對(duì)LED平面系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，以往的包含有以下幾點(diǎn)：（1）單片機(jī)控制：操作相對(duì)比較簡(jiǎn)單，同時(shí)費(fèi)用低廉，然而對(duì)內(nèi)容修改和顯示方法的編輯較為麻煩，使用起來(lái)不是很便利；（2）計(jì)算機(jī)控制：功能性較強(qiáng)，主要依賴(lài)于計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能，方便編輯，還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存處理，但是成分費(fèi)用高，并且不便于日常的維護(hù)；（3）紅外遙控：控制起來(lái)較為靈活，并且不受機(jī)器限制，然而沒(méi)有辦法從本質(zhì)上對(duì)LED屏幕予以有效控制。

顯示屏系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、控制電路和LED屏三部分組成，如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)LED屏控制系統(tǒng)

1.2 傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式存在的問(wèn)題

（1）數(shù)據(jù)通信問(wèn)題

傳統(tǒng)的顯示屏發(fā)展中遇到的主要問(wèn)題就是數(shù)據(jù)的傳輸問(wèn)題，由于便于操作，且成本低，但是抗干擾性差，通訊效率低，尤其是傳輸率相對(duì)較低。目前，在數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域當(dāng)中網(wǎng)絡(luò)以及無(wú)線傳輸是當(dāng)中的熱點(diǎn)，在局域網(wǎng)當(dāng)中最為常見(jiàn)的就是以太網(wǎng)，其成本較為低廉，可靠性高，但是不足之處為維護(hù)性相對(duì)較差，同時(shí)鋪設(shè)距離相對(duì)比較高。

（2）可維護(hù)性問(wèn)題

因?yàn)槭艿酵ㄐ欧绞剿鶐?lái)的限制，對(duì)LED屏幕以及計(jì)算機(jī)的控制還有著較高的要求，一臺(tái)計(jì)算機(jī)只可以控制一個(gè)顯示屏，還需要專(zhuān)人進(jìn)行監(jiān)管，人力成本高，同時(shí)按照具體情況對(duì)控制方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的員工需求較大，因此，可以表明，目前的LED屏幕在控制系統(tǒng)這一方面的不足，為了能夠?qū)⑸鲜霾蛔阌枰杂行Ы鉀Q，主要采取GPRS進(jìn)行解決。

2 基于GPRS與STC單片機(jī)的LED顯示屏控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)可分為視頻處理器和視頻控制系統(tǒng)兩大部分，分別是硬件和軟件。

如圖2所示，本系統(tǒng)主要由GPRS模塊、單片機(jī)模塊和LED顯示屏模塊三個(gè)部分組成。

圖2 硬件設(shè)計(jì)框圖

2.1 GPRS模塊

GPRS的模塊短信收發(fā)和無(wú)線上網(wǎng)的功能，實(shí)現(xiàn)LED屏數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。

（1）系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

無(wú)線LED廣告發(fā)布系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分，用戶端對(duì)通信與顯示端當(dāng)中的數(shù)據(jù)發(fā)送予以負(fù)責(zé)，CPRS模塊采集相關(guān)數(shù)據(jù)以后，由單片機(jī)進(jìn)行控制，同時(shí)予以檢驗(yàn)以及審核，而且將采集到的信息利用串口發(fā)送到屏幕當(dāng)中予以顯示。如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)方案框圖

（2）系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

軟件一共分為兩個(gè)部分，其中包括有PC端以及顯示端，GPRS模塊驅(qū)動(dòng)層等，上層函數(shù)如果想要真正予以實(shí)現(xiàn)必須要利用底層函數(shù)，進(jìn)而完成整個(gè)傳送數(shù)據(jù)。

PC段程序大部分為三線程結(jié)構(gòu)，顯示端程序包括LED顯示程序以及GPRS模塊程序，當(dāng)中前者包括串口通訊協(xié)議、程序以及處理效果，后者主要是把顯示緩存當(dāng)中的內(nèi)容輸送到驅(qū)動(dòng)模塊的顯示屏當(dāng)中。

2.2 單片機(jī)模塊

在處理器的選擇上，此單片機(jī)價(jià)格低廉、功能強(qiáng)大、使用簡(jiǎn)單方便，并且RAM足夠大，而且內(nèi)部的數(shù)據(jù)可以被儲(chǔ)存在FLASH中，即使遇到意外也不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，十分便利。

（1）主要功能

單片機(jī)的功能大部分是把已有的屏顯示數(shù)據(jù)傳送到LED屏幕，并且利用串口發(fā)送AT指令，對(duì)GPRS模塊有無(wú)新的消息進(jìn)行監(jiān)視，如果有，便會(huì)進(jìn)入串口中斷，對(duì)數(shù)據(jù)采取相對(duì)應(yīng)的處理措施。

（2）設(shè)計(jì)思路

一個(gè)電器設(shè)備的電路設(shè)計(jì)方法很重要，這決定著這個(gè)設(shè)備是否具有效果，能否對(duì)人們的工作起到幫助，所以工作人員在工具的電路設(shè)計(jì)上都尤為注意，這也是影響到設(shè)備質(zhì)量的因素。而在單片機(jī)的LED顯示屏的控制電路設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，就要更要注意其設(shè)計(jì)方法。它的顯示屏主要是由16×16點(diǎn)陣的組合模塊構(gòu)成，有4個(gè)這樣的模塊，而每個(gè)模塊內(nèi)又有4個(gè)8×8點(diǎn)陣的小模塊構(gòu)成，因此用戶就可以根據(jù)實(shí)際的情況做出調(diào)整，可以進(jìn)行擴(kuò)展多個(gè)任意模塊。

（3）程序設(shè)計(jì)

當(dāng)單片機(jī)的LED顯示屏控制電路設(shè)計(jì)方法和工作原理都了解后，就可以繪制控制程序的流程圖，編程后利用軟件進(jìn)行調(diào)試就能產(chǎn)生目標(biāo)代碼文件，這就是程序設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。

2.3 優(yōu)缺點(diǎn)分析

優(yōu)點(diǎn)：（1）耗電量相對(duì)較少，有效節(jié)約能源，LED采取的低壓電壓，在公共場(chǎng)合較為適用；（2）應(yīng)用壽命相對(duì)比較長(zhǎng)，性能趨于穩(wěn)定，一共為十萬(wàn)個(gè)小時(shí)；（3）成本相對(duì)比較低廉；（4）模組化射界，安裝以及維護(hù)相對(duì)較為便捷，可以帶電進(jìn)行維護(hù)；（5）亮度相對(duì)較高，視角相對(duì)較大，可視距離相對(duì)較遠(yuǎn)；（6）對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染，不存在金屬汞。

缺點(diǎn)：（1）亮度不足，有的LED顯示屏為追求高亮度，會(huì)加劇光污染的嚴(yán)重性；（2）LED色差問(wèn)題。主要表現(xiàn)在難以保證LED顯示屏的色彩還原性和逼真性；（3）LED顯示控制芯片。由于芯片的技術(shù)還不是很成熟，所以還需要在研究開(kāi)發(fā)方面投入更多的精力和資金；（4）散熱性。如果散熱系統(tǒng)沒(méi)有設(shè)計(jì)好將很可能導(dǎo)致集成電路工作出現(xiàn)問(wèn)題，造成整個(gè)系統(tǒng)沒(méi)有辦法正常工作。

2.4 LED顯示屏的屏幕結(jié)構(gòu)

LED顯示屏屏幕包含了幾個(gè)不同的組件，它們共同工作，把收到的信息內(nèi)容內(nèi)容帶給觀眾。和機(jī)動(dòng)車(chē)一樣，它們也有不同的形狀和大小，但都有相同的基本部件。無(wú)論在室內(nèi)外，LED顯示屏都是由獨(dú)立的LED顯示屏構(gòu)成。發(fā)光二極管面板包括機(jī)架、電源、收發(fā)卡及LED模組。每一個(gè)模塊包括二極管、驅(qū)動(dòng)IC和PCB。

發(fā)光二極管面板互相連接，產(chǎn)生相互連接的發(fā)光二極管?？刂婆_(tái)接收內(nèi)容，并向LED面板發(fā)送信號(hào)。若來(lái)源內(nèi)容和顯示的寬高比不同，則需要根據(jù)來(lái)源和控制器對(duì)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整。

小結(jié)：本文主要對(duì)傳統(tǒng)的顯示屏控制結(jié)構(gòu)做出簡(jiǎn)介，并在此基礎(chǔ)上對(duì)基于GPRS網(wǎng)絡(luò)與STC單片機(jī)的LED顯示屏的控制系統(tǒng)做出了簡(jiǎn)述，分析了其優(yōu)缺點(diǎn)，該控制系統(tǒng)靈活簡(jiǎn)單，并且制作成本低。LED顯示屏仍要經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)一段時(shí)間的發(fā)展，例如在單片機(jī)的選擇方面，可以有更加靈活的選擇，已經(jīng)有相關(guān)研究人員對(duì)此做出了研究闡述，相信在不遠(yuǎn)的未來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，LED顯示屏經(jīng)過(guò)發(fā)展改善能得到更好的普及應(yīng)用。