基于ARM的校園LED公告板系統(tǒng)設(shè)計(jì)

近年來(lái)，LED電子顯示屏作為一種高科技產(chǎn)品日益引起人們的重視。它可以實(shí)時(shí)顯示或循環(huán)播放文字、圖形和圖像信息，具有顯示方式豐富、觀賞性強(qiáng)、顯示內(nèi)容修改方便、亮度高、顯示穩(wěn)定且壽命長(zhǎng)等多種優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。隨著LED顯示屏行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)LED顯示屏的控制要求越來(lái)越高，尤其是LED顯示屏的遠(yuǎn)程控制，傳統(tǒng)的單個(gè)LED顯示屏的控制已經(jīng)很難滿(mǎn)足多個(gè)LED顯示屏的應(yīng)用場(chǎng)合。

目前，校園內(nèi)的LED公告板的使用越來(lái)越多，用于各類(lèi)通知的宣傳和傳播，但其控制仍是以單塊LED公告板控制為主流，操作和更新顯示屏信息十分不方便。在這種背景下，本設(shè)計(jì)對(duì)目前校園內(nèi)的LED公告板系統(tǒng)進(jìn)行研究和改進(jìn)，在原有的LED公告板基礎(chǔ)上加入了ZigBee收發(fā)模塊，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于ARM器件，使用了觸摸屏技術(shù)和ZigBee無(wú)線傳輸技術(shù)的校園LED公告板系統(tǒng)。

1控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

1.1 S3C2440處理器主控板模塊

在此硬件平臺(tái)上嵌入Linux實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，進(jìn)行校園整個(gè)LED公告板系統(tǒng)的管理和控制。S3C2440芯片支持觸摸屏接口，其包含觸摸屏控制器、四個(gè)外部晶體管，還有一個(gè)外部電壓源。觸摸屏接口控制，選擇控制信號(hào)(nYPON、YMON、nXPON、XMON)和模擬引腳與觸摸屏面板的引腳和外部晶體管相連。

圖1 系統(tǒng)的硬件總體框架圖

1.2 PS2鍵盤(pán)模塊

PS2鍵盤(pán)傳輸協(xié)議是以下面的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)模?個(gè)起始位(總是邏輯0)，8個(gè)數(shù)據(jù)位(低位在前)，1個(gè)奇偶校驗(yàn)位(奇校驗(yàn))，1個(gè)停止位(總是邏輯1)，1個(gè)應(yīng)答位(僅用于在主機(jī)對(duì)設(shè)備的通信中)。鍵盤(pán)的發(fā)送時(shí)序如圖2所示。

圖2 鍵盤(pán)的發(fā)送時(shí)序

1.3液晶顯示器模塊

使用了7寸液晶顯示屏，其視頻彩色制式：PAL/NTSC;高清晰度，寬視角，16：9與4：3可任意轉(zhuǎn)換;最佳分辨率：800×480;對(duì)比度：200：1;7寸液晶顯示屏主要用于主控制界面的顯示和輸入的更新文字的顯示。

1.4四線電阻式觸摸屏模塊

四線電阻式觸摸屏是電阻式觸摸屏中應(yīng)用最廣、最普及的一種。其結(jié)構(gòu)由下線路導(dǎo)電ITO層和上線路導(dǎo)電ITO層組成，中間由細(xì)微絕緣點(diǎn)隔開(kāi)。當(dāng)觸摸屏表面無(wú)壓力時(shí)，上下線路成開(kāi)路狀態(tài);一旦有壓力施加到觸摸屏上，上下線路導(dǎo)通，控制器通過(guò)下線路導(dǎo)電ITO層在X坐標(biāo)方向上施加驅(qū)動(dòng)電壓，通過(guò)上線路導(dǎo)電ITO層上的探針偵測(cè)X方向上的電壓，由此推算出觸點(diǎn)的X坐標(biāo)，通過(guò)控制器改變施加電壓的方向，同理可測(cè)出觸點(diǎn)的Y坐標(biāo)，從而明確觸點(diǎn)的位置。其等效電路如圖3所示。

圖3四線電阻式觸摸屏的等效電路。

1.5 ZigBee無(wú)線傳輸模塊

ZigBee通信模塊選用順舟科技的SZ05模塊，處理器與通信模塊通過(guò)RT1_TX和RT1_RX引腳連接，在叫號(hào)終端中應(yīng)用的通信模塊選用終端節(jié)點(diǎn)工作模式(即把通信模塊上的DS引腳接地)。ZigBee無(wú)線傳輸模塊與主控制板的連接如圖4所示。

圖4 ZigBee無(wú)線模塊與主控制電路連接圖。

這里ZigBee構(gòu)成一個(gè)星型網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型，發(fā)送模式設(shè)置為主從模式，波特率選擇為9600，數(shù)據(jù)位設(shè)置為8+0+1.

使用ZigBee無(wú)線傳輸模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)顯示信息傳遞與更新，避免了使用基于中國(guó)移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商的GSM/GPRS通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸而帶來(lái)在信息更新時(shí)的額外開(kāi)銷(xiāo)費(fèi)用。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 ZigBee無(wú)線通信協(xié)議的設(shè)計(jì)

由于ZigBee無(wú)線傳輸模塊使用了串口通信，需要設(shè)計(jì)一個(gè)LED顯示屏操作系統(tǒng)的通信協(xié)議，保證準(zhǔn)確無(wú)誤地對(duì)各個(gè)LED顯示屏進(jìn)行操作和更新。因此規(guī)定了其幀格式，如表1所示。

表1 ZigBee通信協(xié)議的幀格式

①幀頭：表示一個(gè)幀的開(kāi)始，內(nèi)容為FFAA，幀頭長(zhǎng)度為2個(gè)字節(jié)。

②幀長(zhǎng)：表示該數(shù)據(jù)包不包括幀頭在內(nèi)的幀數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，幀長(zhǎng)長(zhǎng)度為2個(gè)字節(jié)。

③地址標(biāo)識(shí)：每個(gè)ZigBee無(wú)線模塊的物理地址，包括目的地址和源地址，長(zhǎng)度都是1個(gè)字節(jié)。

④數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)包的內(nèi)容，長(zhǎng)度為0byte~256byte.

⑤奇偶校驗(yàn)：為了降低通信中的誤碼率，此協(xié)議中用了奇偶校驗(yàn)方法，數(shù)據(jù)位中1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，校驗(yàn)位為1;數(shù)據(jù)位中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，校驗(yàn)位為0.

2.2基于Linux的QT4開(kāi)發(fā)軟件的主界面的設(shè)計(jì)

QT軟件是諾基亞開(kāi)發(fā)的一個(gè)跨平臺(tái)的C++圖形用戶(hù)界面應(yīng)用程序框架。它提供給應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)者建立藝術(shù)級(jí)的圖形用戶(hù)界面所需的功能。QT是完全面向?qū)ο蟮?，很容易擴(kuò)展，并且允許真正地組件編程。自從1996年早些時(shí)候，QT進(jìn)入商業(yè)領(lǐng)域，它已經(jīng)成為全世界范圍內(nèi)數(shù)千種成功的應(yīng)用程序的基礎(chǔ)。QT也是流行的Linux桌面環(huán)境KDE的基礎(chǔ)。基本上，QT同Window上的Motif，Openwin，GTK等圖形界面庫(kù)和Windows平臺(tái)上的MFC，OWL，VCL，ATL是同類(lèi)型的東西，但QT具有優(yōu)良的跨平臺(tái)特性、面向?qū)ο?、豐富的API、大量的開(kāi)發(fā)文檔等優(yōu)點(diǎn)。

該系統(tǒng)的主界面主要包括以下幾方面內(nèi)容：

①整個(gè)LED顯示屏系統(tǒng)的總開(kāi)關(guān)按鍵圖標(biāo);

②選擇對(duì)哪個(gè)LED顯示屏進(jìn)行操作的界面;

③選中的LED顯示屏上顯示的內(nèi)容的窗口;

④選中的LED顯示屏的單個(gè)顯示屏的開(kāi)關(guān)按鍵圖標(biāo)和發(fā)送按鍵圖標(biāo)。

圖5 系統(tǒng)的軟件模塊框圖

3結(jié)語(yǔ)

采用了本系統(tǒng)后，四線觸摸屏技術(shù)讓控制主界面更加得人性化，操作者可以在辦公室內(nèi)通過(guò)觸摸屏顯示主界面分時(shí)更新多臺(tái)LED公告板的顯示內(nèi)容和對(duì)各個(gè)LED公告板進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。使用了物聯(lián)網(wǎng)中智能家居用的ZigBee通信模塊，實(shí)現(xiàn)了校園中多個(gè)LED顯示屏的遠(yuǎn)程控制和顯示更新，組成了一個(gè)小型的LED顯示屏控制系統(tǒng)。