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?;贕SM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,消息送達相對比較困難,基于GSM的無線遠程控制系統(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行維護(含信息更新、設(shè)備維護)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程維護是必然之選。
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。
3.2 字庫調(diào)用模塊
由于字庫芯片的供電為標準為3.3V,而系統(tǒng)電壓為5V,需要進行電壓轉(zhuǎn)換,SPI通信用與門進行電平轉(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系統(tǒng),負載為系統(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)
(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當中的模擬串口進行單片機與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。
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