基于GPRS的大屏幕LED显示系统的设计和实现

LED显示屏是上世纪80年代后期在全球迅速发展起来的新型信息传播媒体，是集微电子技术、光电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的大型显示系统。它以其色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、寿命长、工作性能稳定而日渐成为显示媒体中的佼佼者，广泛应用于广告、证券、信息传播、新闻发布等方面，是目前国际上较为先进的宣传显示媒体。本文提出一种基于GPRS和I2C总线结构的大型LED显示屏系统的设计方法，该系统首先允许客户在上位机对要显示的数据和图像进行处理，然后用GPRS模块发送信息，远程分布的GPRS模块接收远程控制和信息的内容，经过CPU单元处理后，通过I2C总线控制信息在各个终端的显示。系统中大型LED显示屏显示点阵为320×256像素，划分为32个显示模块，其中每个显示模块中的显示屏为长方形，含160×16个像素，由40个8×8的LED点阵块组合而成。

1 系统总体方案

该数据显示系统主要由上位机软件管理模块、GPRS的发送和接收模块、LED显示终端等部分组成，该系统框图如图1所示。上位PC机功能为接收用户输入信息，将其通过RS-232串口发送给GPRS的发送和接收模块进行数据的传输。上位机管理模块是用户和该系统进行直接交流的平台，用户通过PC上位机管理软件输入要在LED点阵屏显示的文字和命令以及各种图像，可以选择静止、从下向上移、从右向左移、闪烁等显示方式，也能改变字体和移动速度等。远程的GPRS的发送和接收模块主要的功能是将接收到上位机的信息，及时准确地传送到希望的显示终端，本设计主要是通过I2C总线传送给各个显示终端。显示终端由多块LED点阵屏模块组成，每块点阵屏模块有16×160点阵，可以显示10个16×16点阵汉字。本系统采用I2C总线进行控制单元和每个显示终端的通信，LED点阵屏模块由MSP430F169单片机控制，能接收自身地址数据并控制显示。

图1 系统的结构框图

2 系统硬件设计

该数据采集系统硬件包括上位机通信接口模块、GPRS的发送和接收模块、终端显示模块、终端数据处理单元。下面主要介绍GPRS的发送和接收模块和终端显示模块的设计。

2.1 GPRS的发送和接收模块设计

2.1.1 GPRS发送模块

本系统选用的GSM模块是西门子的TC35I模块，这款无线模块是一个支持中文短信息的工业级的GSM模块，工作在EGSM900和GSM1800双频段，电源范围为直流3.3~4.8V，电源消耗：休眠状态时为3.5mA，空闲状态时为25mA，发射状态为300mA、2.5A峰值；可以输出语音和数据信号，功耗在EGSM900和GSM1800分别为2W和1W，通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。SIM电压为3V/1.8V，TC35I 的数据接口通过AT命令可以双向传输指令和数据，可选波特率为300b/s~115kb/s，自动波特率为1.2kb/s~115kb/s；支持TEXT和PDU格式的SMS，可通过AT命令或关断信号实现重启和故障修复。TC35I模块主要由供电模块、闪存、ZIF连接器、天线接口等6部分组成，作为TC35I的核心，基带处理器主要处理GSM终端内的语音和数据信息，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有模拟和数字功能。

2.1.2 GPRS数据接收模块

本系统主要是应用GPRS模块与单片机进行数据传输，因此涉及的硬件主要是单片机和GPRS模块，本文GPRS模块选用西门子的TC35I，而单片机选择的是TI公司一种具有超低功耗、功能强大的16bit单片机MSP430F169 。由于该模块电源引脚有5个，且电压都是3.3~4.8V，因此本设计将5个引脚连在一起，直接接到外部4.2V电源上。但是本系统的外部电源是12V的直流电流，所以设计时采用LM2941稳压为4.2V.GPRS模块上的引脚IGT主要是用于点火复位，其作用是作为GPRS模块的一个复位转换系统，加电后为使TC35I进入工作状态，必须给IGT加一个大于100ms的低脉冲，电平下降持续时间不可超过1ms，这里通过RC电路来实现。TC35I的第32脚SYNC引脚有两种工作模式，一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示TC35I的工作状态，可用AT命令AT+SYNC进行切换，本模块使用的是后一种。GPRS模块和单片机之间的数据通信主要是通过端口TXD0与TXD之间、RXD0与RXD之间的数据传输来完成。其中，GPRS模块上的TXD0口用于接收从单片机传来的数据，而单片机上的TXD端口用于向GPRS模块传送数据。GPRS模块上的RXD0口用于向单片机发送数据，单片机的RXD口则用于接收从GPRS模块传输来的数据。在TC35I的基带处理器上有一个综合SIM接口，该接口直接接线到主机接口(端到端连接器)，用于连接到外部的SIM卡座。本系统接的SIM卡有CCCLK、CCVCC、CCIO、CCRST、CCIN、CCGND 6个引脚，分别对应接在TC35I的第1~第6个引脚上。模块的连接器和SIM卡座的引脚之间的距离不要超过20cm，为了达到最佳的效果，在SIM支架下敷设一层铜隔离网，该层敷铜与SIM卡的CCGND引脚相连。