基于STC單片機(jī)與GPRS的圖文LED屏

1 序言

GPRS(General Packet Radio Service，通用分組無(wú)線業(yè)務(wù))的出現(xiàn)充分利用了現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)，不僅適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。它使移動(dòng)通信與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)合二為一，它利用“分組交換”(Packet Switch)的概念所發(fā)展出的一套無(wú)線傳輸方式，可高效地利用現(xiàn)有的無(wú)線電頻譜，為用戶(hù)提供最快達(dá)到ll5kb／s數(shù)據(jù)傳輸率的服務(wù)。鑒于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，短消息的迅速普及，使得用手機(jī)控制LED顯示廣告、新聞等公眾信息成為了可能。用SMS控制車(chē)載小屏顯示的技術(shù)非常多，但能顯示小圖片的卻寥寥無(wú)幾，本文針對(duì)這種情況設(shè)計(jì)了一種可顯示漢字和一些簡(jiǎn)單圖片的車(chē)載小屏廣告發(fā)布軟硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

2 硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)

圖1 硬件設(shè)計(jì)框圖

如圖1所示，本系統(tǒng)主要由三部分組成：GPRS 模塊；單片機(jī)模塊；LED顯示屏模快。

2.1 GPRS 模塊

本模塊采用的是SIMCOM 的SIM300，外還需要手機(jī)卡座，當(dāng)然還要有手機(jī)卡，此手機(jī)卡是為收短信而設(shè)置的。該模塊的功能是通過(guò)天線接收手機(jī)發(fā)過(guò)來(lái)的短信，并且通過(guò)串口與單片機(jī)保持聯(lián)系，看是否有讀短信的AT命令，等單片機(jī)讀短信成功，再完成單片機(jī)刪除短信的AT命令。

2.2 單片機(jī)模塊

該模塊的主要芯片是STC89C58RD+單片機(jī)，該單片機(jī)處理速度快且RAM足夠大。其主要優(yōu)勢(shì)是：時(shí)鐘頻率可達(dá)80 MHz；內(nèi)部含有32 KB 的閃存、1 280 B 的RAM、8 K的EEPROM；IAP/ ISP 程序下載機(jī)制，大大降低設(shè)備開(kāi)發(fā)成本和使用成本，并使硬件加密做到無(wú)懈可擊；具有4 級(jí)8 個(gè)中斷源，提供2 個(gè)額外的外部中斷機(jī)制和4 個(gè)I/ O 口資源。這些特點(diǎn)大大簡(jiǎn)化了本系統(tǒng)外圍電路的設(shè)計(jì)。

單片機(jī)的主要功能是持續(xù)將已有的屏顯示數(shù)據(jù)送LED屏，同時(shí)通過(guò)串口發(fā)AT指令監(jiān)視GPRS 模塊是否有新消息，一旦有，便進(jìn)入串口中斷，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。而外部FLASH主要存的是一些常用漢字和一些符號(hào)的字模，單片機(jī)處理好文字信息后，將通過(guò)它獲得漢字字模，以便屏顯。

2.3 LED屏

終端顯示設(shè)備LED屏主要控制芯片是74HC595，還有雙向驅(qū)動(dòng)芯片74LS245以及一些輔助的電流放大芯片。此屏可以顯示12個(gè)16*16的漢字。

3 軟件設(shè)計(jì)部分

    軟件設(shè)計(jì)部分可謂是整個(gè)系統(tǒng)的指揮中心，有了這部分的設(shè)計(jì)才能完成AT命令讀刪信息、信息解碼、控制屏幕實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)。

3.1  AT命令

使用的主要是與SMS有關(guān)的指令：

（1）AT命令讀收到的新消息：at +cmgr=1 回車(chē)；

（2）刪除已讀完的消息：at+cmgd=1 回車(chē)。

3.2  SMS及漢字、圖片的解碼方式

SMS：文本短信服務(wù)。短消息的內(nèi)容可以是文本、數(shù)字或二進(jìn)制非文本數(shù)據(jù)，但每個(gè)SMS容量平均有140 字節(jié)，一般不超過(guò)60個(gè)漢字。 如果用戶(hù)關(guān)機(jī)或不在服務(wù)區(qū)內(nèi)，短消息可存儲(chǔ)在短消息中心，待用戶(hù)開(kāi)機(jī)后就可以自動(dòng)收到。發(fā)送和接收SMS信息有三種方式：Block Mode ，Text Mode和PDU Mode。Block Mode已是昔日黃花。Text Mode是純文本方式，國(guó)內(nèi)手機(jī)一般不支持，主要用于歐美地區(qū)。本文所有收到的短信都是PDU Mode。

3.21 PDU Mode

PDU模式是發(fā)送或接收手機(jī)短消息最常用的一種方法，它把短消息正文經(jīng)過(guò)十六進(jìn)制編碼后傳送。它可以發(fā)送最多160個(gè)字符，當(dāng)使用7-bits編碼的時(shí)候。8-bit編碼(最多140個(gè)字符）通常無(wú)法直接通過(guò)手機(jī)顯示；通常被用來(lái)作為數(shù)據(jù)消息，例如：smart messaging中的圖片和鈴聲）和OTA WAP設(shè)置。16-bit信息（最多70個(gè)字符）被用來(lái)顯示Unicode(UCS2)文本信息，可以被大多數(shù)的手機(jī)所顯示。

本系統(tǒng)的文本信息采用的是Unicode(UCS2)方式，而小圖片信息采用的是7-bits編碼方式。由于信息來(lái)自手機(jī)，所以只介紹收到信息后，單片機(jī)的解碼過(guò)程。

3.22 漢字的解碼過(guò)程

外部FLASH儲(chǔ)存的是用matlab工具將Unicode(UCS2)碼與國(guó)標(biāo)碼一一對(duì)應(yīng)后的常用漢字和字符的字模，所以單片機(jī)的解碼過(guò)程也就是尋找相應(yīng)字模的過(guò)程。當(dāng)出現(xiàn)需要處理的情況時(shí)，單片機(jī)通過(guò)串口把手機(jī)模塊收到信息完全讀過(guò)來(lái)，因?yàn)榇诵畔⒂幸欢蜗㈩^：包括對(duì)方手機(jī)號(hào)、客服中心號(hào)碼、時(shí)間等等。而顯示屏顯示的時(shí)候只需要消息的主題內(nèi)容，所以單片機(jī)處理消息時(shí)把屏號(hào)做為第一個(gè)字節(jié)處理將漢字對(duì)應(yīng)的Unicode碼轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制的數(shù)字，然后分離出區(qū)號(hào)和位號(hào)去尋找字模，然后按相應(yīng)的順序存在單片機(jī)的內(nèi)部ram里，方便取數(shù)據(jù)送屏?？梢杂脠D 2描述。

圖2  Unicode(UCS2)碼解碼簡(jiǎn)圖

3.23圖片的解碼過(guò)程

考慮到圖片信息的數(shù)據(jù)量較大，一個(gè)16*16的圖片的就有32個(gè)字節(jié)，用手機(jī)發(fā)送時(shí)采用的是7bit的編碼方式，這樣可節(jié)省一半的內(nèi)存空間，單片機(jī)讀和對(duì)信息進(jìn)行取舍同文字信息。關(guān)鍵是這部分的解碼。在這部分解碼時(shí)首先要弄清楚7bit的編碼原理。

編碼的過(guò)程比較容易理解：將源串每8個(gè)字符分為一組進(jìn)行編碼，在組內(nèi)字符間壓縮，但每組之間是沒(méi)有什么聯(lián)系的。每一組內(nèi)，首先將各個(gè)字符轉(zhuǎn)換為7位的標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制ASCII碼，然后要將后面字符的低位逐位調(diào)整到前面，補(bǔ)齊前面的差別。以發(fā)送一個(gè)16*16的圖片為例編碼后就有28個(gè)字節(jié)，但單片機(jī)讀取的是56個(gè)字節(jié)，這是因?yàn)槭謾C(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程中是把一個(gè)字節(jié)視為為二個(gè)字節(jié)進(jìn)行發(fā)送的。當(dāng)單片機(jī)負(fù)責(zé)解碼時(shí)，采取的處理方法是將每七個(gè)字節(jié)分為一組，處理為八個(gè)字節(jié)，再將這八個(gè)字節(jié)變換成相應(yīng)的數(shù)字進(jìn)行兩兩合并，也就是還原原來(lái)圖片的32個(gè)字節(jié)，這部分的程序如下：

 for(j=0;j<ccount;j=j+7)

{ h=j/7*4; a=gsm[j]&0x80;

chartemp1=gsm[j]&0x7f;

     if(chartemp1<'A') chartemp1=chartemp1-48;

     else chartemp1=chartemp1-55;

     b=gsm[j+1]&0xc0;

     chartemp3=((gsm[j+1]&0x3f)<<1)|(a>>7);

     if(chartemp3<'A') chartemp3=chartemp3-48;

     else chartemp3=chartemp3-55;

     cun[h]=(chartemp1<<4)|chartemp3;

     c=gsm[j+2]&0xe0;

chartemp5=((gsm[j+2]&0x1f)<<2)|(b>>6);                                                       if(chartemp5<'A') chartemp5=chartemp5-48;

     else chartemp5=chartemp5-55;

     d=gsm[j+3]&0xf0;                                                                                        chartemp7=((gsm[j+3]&0x0f)<<3)|(c>>5);

     if(chartemp7<'A') chartemp7=chartemp7-48;

     else chartemp7=chartemp7-55;                                                                     cun[h+1]=(chartemp5<<4)|chartemp7;                                                                                                                  e=gsm[j+4]&0xf8;                chartemp9=((gsm[j+4]&0x07)<<4)|(d>>4);

     if(chartemp9<'A') chartemp9=chartemp9-48;

     else chartemp9=chartemp9-55;

f=gsm[j+5]&0xfc;

chartemp11=((gsm[j+5]&0x03)<<5)|(e>>3);

     if(chartemp11<'A') chartemp11=chartemp11-48;

     else chartemp11=chartemp11-55;

     cun[h+2]=(chartemp9<<4)|chartemp11;

     g=gsm[j+6]&0xfe;

     chartemp13=((gsm[j+6]&0x01)<<6)|(f>>2);

     if(chartemp13<'A') chartemp13=chartemp13-48;

     else chartemp13=chartemp13-55;

     g=g>>1;

     if(g<'A') g=g-48;

     else g=g-55;

     cun[h+3]=(chartemp13<<4)|g;}