引言

　　針對目前LED 點陣顯示屏的廣泛應用以及GPRS 網(wǎng)絡全國覆蓋的優(yōu)勢， 提出基于GPRS技術(shù)的無線LED 顯示屏控制系統(tǒng)方案。詳細介紹控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、軟硬件設計過程和通信協(xié)議的制定。此設計在多LED 顯示屏組網(wǎng)控制，而LED 屏又分布范圍較廣時優(yōu)勢較明顯，可以拓寬LED 顯示屏的應用領(lǐng)域，具有一定的應用價值。

　　1 系統(tǒng)工作原理

　　本系統(tǒng)主要由上位機和下位機組成。上位機為安裝有LED 屏管理軟件而且能連接Internet 或GPRS 網(wǎng)絡的設備，例如PC、移動設備等。下位機為以AVR 單片機控制模塊為主的LED 屏無線控制器。系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

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　　系統(tǒng)主要利用GPRS 模塊作為無線Modem, 實現(xiàn)了LED 顯示屏無線控制器(作為客戶端)撥號上網(wǎng)，與Internet 網(wǎng)絡上的上位機(作為服務端)進行TCP 無線通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，完成對LED 屏的無線數(shù)據(jù)更新。

　　2 下位機硬件設計

　　如圖2 所示，LED 屏無線控制器主要由四部分組成： 電源模塊、GPRS 模塊、AVR 單片機控制模塊、LED顯示屏。

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　　2.1 AVR 單片機控制模塊

　　為了保證通信數(shù)據(jù)的實時性和效率， 又能兼顧驅(qū)動LED 顯示屏， 所以本模塊采用的MCU 是擁有雙串口的ATMEL 公司的ATmega 162.它是一款基于AVRRISC 的低功耗CMOS 的8 位單片機，其穩(wěn)定性、可靠性非常高， 能適應各種環(huán)境， 適用于各種不同的無線LED 顯示屏使用環(huán)境。

　　本模塊主要處理GPRS 模塊接收到的信息， 并將接收到的屏顯信息傳送給LED 屏，同時通過串口發(fā)出AT 指令監(jiān)視GPRS 模塊是否有新消息。一旦有，立刻進入串口中斷，對數(shù)據(jù)進行處理。在TCP/IP 協(xié)議下，數(shù)據(jù)采用十六進制的方式傳輸，不需要進行漢字解碼，大大簡化了系統(tǒng)外圍電路的設計。

　　2.2 GPRS 模塊電路

　　GPRS 模塊采用了SIMCOM 公司的SIM300.該模塊體積小巧，性能突出，可廣泛應用于無線語音傳輸、車載系統(tǒng)、遠程抄表、安全監(jiān)控、遙控遙測、手持設備等領(lǐng)域。

　　SIM300 模塊具有功能完備的系統(tǒng)接口，在內(nèi)部集成了TCP/IP 協(xié)議棧，擴展了TCP/IP AT 指令，可以通過串口對其提供的AT 指令進行交互操作。這樣可以降低開發(fā)難度，易于實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，而且成本較低，系統(tǒng)的可擴展性好。

　　SIM300 需要外接SIM 卡卡座，其串口與單片機的串口相連，將GPRS 模塊接收到的信息傳送給單片機，然后進行數(shù)據(jù)處理。而AVR 單片機則控制SIM300 模塊的開關(guān)，AVR 單片機與SIM300 模塊的連接示意圖如圖3 所示。

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　　2.3 LED 屏驅(qū)動電路

　　本系統(tǒng)的LED 條屏采用比較經(jīng)典的74HC595 作為點陣輸出的列驅(qū)動，采用ULN2803 作為行驅(qū)動。此方案的驅(qū)動電路設計軟硬件設計簡單，而且功耗低、驅(qū)動能力強、占用的I/O 口線較少，是一種造價低廉、應用靈活的設計方案。

　　3 通信協(xié)議設計

　　由于本系統(tǒng)采用了GPRS 網(wǎng)絡的通信模式， 所以上位機設置一個LED 控制器管理平臺來管理所有的LED 控制器。這個LED 控制器管理平臺(即"上位機軟件")通過TCP/IP 協(xié)議與LED 屏無線控制器進行通信，而且可以同時控制多臺。上位機軟件與LED 屏無線控制器之間采用GPRS 方式進行連接， 它們之間的連接關(guān)系如圖4 所示。

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　　LED 屏無線控制器是客戶端， 其數(shù)據(jù)的收發(fā)通過上位機軟件控制。當LED 屏控制器上電運行后，會主動向上位機軟件建立連接并握手，登錄成功后，上位機軟件與LED 控制器才能進行數(shù)據(jù)傳輸。

　　上位機軟件與各LED 屏無線控制器之間通信協(xié)議是以TCP 協(xié)議為基礎協(xié)議， 并自定義了一個STCP協(xié)議層用于封裝PDU(數(shù)據(jù)單元)數(shù)據(jù)層協(xié)議。STCP 協(xié)議層只為PDU 的承載框架， 提供安全可靠的傳輸過程。通信網(wǎng)絡層結(jié)構(gòu)圖如圖5 所示。

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　　圖5 通信網(wǎng)絡層結(jié)構(gòu)圖

　　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：