物聯(lián)網(wǎng)廣告牌控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

張春雨

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。其含義有兩層：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。該文介紹的是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于廣告牌當(dāng)中的一種硬件的應(yīng)用設(shè)計(jì)，主要核心技術(shù)為ZIGBEE局域網(wǎng)的建立及信息的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 射頻識(shí)別 ZIGBEE局域網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TN87 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（a）-00-01

物聯(lián)網(wǎng)廣告牌控制系統(tǒng)框圖如圖1所示，由MCU、SIM900、zigbee的主節(jié)點(diǎn)及計(jì)算機(jī)構(gòu)成系統(tǒng)的上位機(jī)；zigbee的功能節(jié)點(diǎn)和LED 廣告牌構(gòu)成下位機(jī)。該系統(tǒng)即可以通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)廣告牌數(shù)據(jù)進(jìn)行局域網(wǎng)的廣播和數(shù)據(jù)更新，也可以通過(guò)用戶手機(jī)，以發(fā)送短信的形式對(duì)LED廣告牌進(jìn)行遠(yuǎn)距離廣播和數(shù)據(jù)傳輸。（功能芯片說(shuō)明：SIM900為SIMCOM公司的通信模塊。它屬于四頻GSM/GPRS模塊，完全采用SMT封裝形式，同時(shí)采用了功能強(qiáng)大的ARM926EJ-S芯片處理器。SIM900采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，工作頻率為GSM/GPRS 850/900/1800/1900 MHz，可以低功耗實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸。另外，SIM900的尺寸大小為24×24×3mm，能適用于M2M應(yīng)用中的各類設(shè)計(jì)需求，尤其適用于緊湊型產(chǎn)品設(shè)計(jì)。Zigbee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡(jiǎn)而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無(wú)線組網(wǎng)通訊技術(shù)。本設(shè)計(jì)建議使用鼎泰克公司的zigbee無(wú)線通信模塊。）

計(jì)算機(jī)通過(guò)zigbee主節(jié)點(diǎn)對(duì)外進(jìn)行廣播及數(shù)據(jù)更新流程：在計(jì)算機(jī)中編輯想要發(fā)送的信息，通過(guò)串口將信息發(fā)送至MCU，再經(jīng)過(guò)MCU處理，將數(shù)據(jù)傳至zigbee的主節(jié)點(diǎn)模塊，主節(jié)點(diǎn)模塊收到數(shù)據(jù)后，以廣播或者點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的形式無(wú)線傳輸給下位機(jī)的zigbee功能節(jié)點(diǎn)，功能節(jié)點(diǎn)再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送給LED廣告牌，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸和信息的更新。此種傳輸方式可以最大更新500個(gè)漢字，能傳輸漢字的個(gè)數(shù)與MCU中EEPROM的容量有關(guān)，如果選擇更大容量的EEPROM，則可以傳輸更多的漢字來(lái)達(dá)到用戶的要求。用戶手機(jī)通過(guò)zigbee主節(jié)點(diǎn)對(duì)外進(jìn)行廣播及數(shù)據(jù)更新流程：手機(jī)遠(yuǎn)程更新廣告牌的原理與計(jì)算機(jī)更新廣告的流程大致相同，其基本流程為用戶編輯短信并發(fā)送→SIM900模塊接收短信數(shù)據(jù)并通過(guò)串口傳輸至MCU→MCU將數(shù)據(jù)處理傳送至zigbee主節(jié)點(diǎn)→zigbee主節(jié)點(diǎn)以廣播或者點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式發(fā)送至zigbee功能節(jié)點(diǎn)→zigbee功能節(jié)點(diǎn)同樣通過(guò)串口將數(shù)據(jù)更新至廣告牌并顯示。手機(jī)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膫鬏敺绞阶畲罂梢愿?0個(gè)漢字，這是因?yàn)橹袊?guó)電信規(guī)定每條短信不能超過(guò)70字。手機(jī)發(fā)送信息的模式與計(jì)算機(jī)發(fā)送信息的模式最大的不同是手機(jī)發(fā)送沒(méi)有距離的限制，比較適合緊急的情況進(jìn)行信息的傳送；而計(jì)算機(jī)則只能通過(guò)zigbee進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，如果想達(dá)到足夠遠(yuǎn)的距離，必須在每1.6 km處添加一個(gè)新的zigbee模塊。系統(tǒng)電源部分應(yīng)該一共有兩種。一種是SIM900的4 V電源，另外一種是zigbee模塊的3.3 V電源，由于SIM900模塊需要較大的電流才能穩(wěn)定工作，所以在穩(wěn)壓器件的選擇上選擇29302可調(diào)穩(wěn)壓，其輸出電流可達(dá)3 A。3.3 V電源則使用比較常見(jiàn)的1117三端穩(wěn)壓器件。系統(tǒng)上位機(jī)主節(jié)點(diǎn)與下位機(jī)主節(jié)點(diǎn)采用同一電路，如果單片機(jī)下載的程序?yàn)樯衔粰C(jī)主節(jié)點(diǎn)程序，則該模塊為上位機(jī)主節(jié)點(diǎn)功能；如果單片機(jī)下載的程序?yàn)楣δ芄?jié)點(diǎn)程序，則該模塊為下位機(jī)功能節(jié)點(diǎn)。

由于zigbee模塊為3.3 V器件，所以在MCU器件的選擇上，最好選擇3.3 V的芯片，方便MCU與zigbee模塊的通信匹配問(wèn)題。市面上比較常見(jiàn)的LED廣告牌，大多使用串口DB9的標(biāo)準(zhǔn)接口，所以在下位機(jī)功能節(jié)點(diǎn)模塊上應(yīng)附著MAX3232通信模塊，該芯片為電平轉(zhuǎn)換芯片，可以將3.3 V電平轉(zhuǎn)換為12 V電平，該接口方式同樣也適用于上位機(jī)主節(jié)點(diǎn)，如果這樣設(shè)計(jì)，則上位機(jī)主節(jié)點(diǎn)則必須連接計(jì)算機(jī)的DB9接口，這樣設(shè)計(jì)其實(shí)對(duì)于有些筆記本電腦是有缺陷的，因?yàn)楣P記本大部分是不帶DB9接口的。PL2303是一種USB轉(zhuǎn)串口的通信芯片，它可以將計(jì)算機(jī)上的USB接口虛擬為DB9接口，以串口的通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，這樣設(shè)計(jì)不僅僅可以使臺(tái)式機(jī)可以連接上位機(jī)主節(jié)點(diǎn)，還可以使筆記本電腦與其連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。用戶手機(jī)信息接收模塊（SIM900）是用來(lái)接收用戶手機(jī)所發(fā)送的短信，該模塊是SIMCOM公司出品的通信模塊，使用2.4G無(wú)線通信頻率，需要注意的是SIM900在接收短信或者發(fā)送短信時(shí)，其功率有可能達(dá)到最大值（電流可達(dá)到2A），所以在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要將SIM900的電源和地加粗來(lái)滿足2A電流的通過(guò)。

物聯(lián)網(wǎng)LED廣告牌告別了傳統(tǒng)的需要人力將數(shù)據(jù)進(jìn)行硬性連接并更新數(shù)據(jù)的方式，使用無(wú)線zigbee傳輸，讓用戶更加方便靈活的控制LED顯示屏，它標(biāo)志了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一種新型應(yīng)用領(lǐng)域。相信過(guò)不了多久，數(shù)據(jù)傳輸將不僅僅限于文字。圖像、聲音等等信息也將實(shí)現(xiàn)無(wú)附加費(fèi)用的，高效率的數(shù)據(jù)傳輸。