基于觸摸屏技術(shù)和ZigBee的校園LED公告板系統(tǒng)

近年來，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 公告板的使用越來越多，用于各類通知的宣傳和傳播，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。

1.2 PS2 鍵盤模塊

PS2 鍵盤傳輸協(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)。鍵盤的發(fā)送時(shí)序如圖2 所示。

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。當(dāng)觸摸屏表面無壓力時(shí)，上下線路成開路狀態(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。

1.5 ZigBee 無線傳輸模塊

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 無線傳輸模塊與主控制板的連接如圖4 所示。

這里ZigBee 構(gòu)成一個(gè)星型網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)類型， 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 無線傳輸模塊實(shí)現(xiàn)無線數(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)傳輸而帶來在信息更新時(shí)的額外開銷費(fèi)用。

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2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 ZigBee 無線通信協(xié)議的設(shè)計(jì)

由于ZigBee 無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。

①幀頭：表示一個(gè)幀的開始，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 開發(fā)軟件的主界面的設(shè)計(jì)

QT 軟件是諾基亞開發(fā)的一個(gè)跨平臺(tái)的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序框架。它提供給應(yīng)用程序開發(fā)者建立藝術(shù)級(jí)的圖形用戶界面所需的功能。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)顯示屏的開關(guān)按鍵圖標(biāo)和發(fā)送按鍵圖標(biāo)。

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)。