基于GSM 的远程LED 点阵显示系统

　　实现目标：

　　制作一款带有接收短信功能的点阵屏显示系统，用于我校及公司等一些公共场所公共信息的发布。该系统可以实现不管用户在哪，身边有没有电脑，只要身上带有电话，就可以利用移动通信网络的服务，发送自己想要显示的字在点阵屏上显示。

　　设计方案：

　　系统基于GSM 的无线远程LED 点阵显示系统, 系统是借助于移动通信网络的服务, 应用GSM 模块的短消息功能,将信息从计算机传输到远端的显示屏。这种方式具有实现快捷、信息传输可靠、距离可以任意远近、运行费用低等优点, 可以广泛地应用于室外LED 点阵显示。

　　点阵屏部分采用串行输入，并行输出，动态行扫描显示汉字的方式。通过串并转换器扩展I0口，达到控制LED点阵的64个列的目的。方案中运用8片串并转换器74HC595级联，锁存4个字的一行数据，并用4/16译码器74HC154选择对应的行线，在主程序中通过逐行扫描使8片串并转换器锁存的数据依次输入到点阵的列端口上，这样依据人体视觉暂留，可以完整的看到扫描后的汉字。

　　硬件设计：

　　该系统电路主要包括数据收发模块、单片机控制模块、点阵屏模块，及其SD卡模块构成。单片机作为系统的核心控制部件，主要完成对点阵屏和gsm模块的数据传输。其中传输的数据为点阵屏要显示的汉字，传输数据时一种形式是实时发送数据

　　(1) GSM模块电路

　　主要由TC35I模块、电平转换芯片MAX232 、电压转换芯片LP3966-ADJ 、SIM 卡座电路等构成。由于我们只使用模块的短消息功能，不需要声音功能和电池充电功能，因此只需要正确设计出启动电路、SIM卡电路和RS232电平转换等电路遍可与单片机连接，由单片机控制实现数据收发。

　　①、TC35I模块简介

　　TC35I模块有40个引脚，通过一个ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。

　　单片机通过串口与TC35进行数据通信，通信速率为9600bps，采用8位异步通讯方式，1位起始位，8位数据位，1位停止位。TC35模块输入输出的TTL正电平逻辑不是+5V，而是+2.8V左右，因此必要时加端口保护。

　　②、电源模块

　　GSM模块TC35I对电源的要求十分严格，模块的工作电压范围为3.3～4.8V，推荐值为4.2V，当低于3.3V时，TC35I模块将自动关机。模块启动时也需要很大的电流才可以启动，否则模块不能正常工作。基于上述，电源芯片的选择采用LP3966-ADJ，该芯片可以满足大电流的要求，可以达到3A的电流峰值，并且可以通过调节电阻R13使得输出电压有很大的变化范围，电源输出电压值选择4.2V。电源电路如图2所示。

　　③、SIM模块

　　TC35I模块采用外接SIM，24～29为SIM卡引脚，SIM上的CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND通过SIM卡卡座与TC35I的同名端直接相连，ZIF连接座的CCIN引脚用来检测SIM卡是否插好，如果连接正确，则CCIN引脚输出高电平，否则为低电平。考虑到干扰的问题，通常在CCRST和CCVCC接两个小电容与地相连。

　　④、接口电平转换

　　单片机的接口电压为TTL电平，而TC35I模块的数据口电压为2.8V左右，因此在单片机与模块进行串行通信时，不能直接相连，需要加端口保护电路，此部分电路采用74F07芯片实现端口电平的转换。电路如图4所示。

　　　(2)点阵屏显示模块

　　LED点阵显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字图形等各种信息的显示屏幕。

　　LED 点阵显示器主要主控制器、各字行、列显示控制芯片和显示模块等部分组成。本点阵模块采用串行输入，并行输出，动态行扫描显示汉字的方法。通过串并转换器扩展I0口，达到控制LED点阵的64个列的目的。方案中运用8片串并转换器74HC595级联，锁存4个字的一行数据，并用4/16译码器74HC154选择对应的行线，在主程序中通过逐行扫描使8片串并转换器锁存的数据依次输入到点阵的列端口上，这样依据人体视觉暂留，可以完整的看到扫描后的汉字。

　　列驱动电路原理

　　由于显示多个汉字，需要多块LED点阵块，就需要采用级联多只串并转换器74HC595从而实现点阵的扩展。左图是74HC595的引脚分布图，各引脚功能为：

　　QA~QH: 并行数据输出，即存储器的数据输出

　　QH’ 9 串行数据输出

　　SCK 11 移位寄存器时钟输入

　　RCK 12 存储寄存器时钟输入

　　G 13 输出有效(低电平)

　　SCLR 10 主复位(低电平)

　　SER 14 串行数据输入[!--empirenews.page--]

　　74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。移位寄存器和存储器使用独立的时钟。数据在SH_CP的上升沿输入，在ST_CP的上升沿进入到存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入端DS，一个串行输出Q7’和第二片74HC595的DS连接实现多片扩展。OE是输出使能端，该端为低电平时数据从74HC595寄存器内输出到数据总线上。

　　②、行驱动电路原理

　　4线—16线译码器,可以实现地址的扩展。

　　引脚说明

　　1-11 13-17 ：输出端。(outputs (active LOW))

　　12：GND电源地 (ground (0 V))

　　18-19：使能输入端 (enable inputs (active LOW))

　　20-23：地址输入端 (address inputs)

　　24：VCC电源正 (positive supply voltage)

　　8*8点阵由64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上。当点阵中的某一行置高电平，某一列置低电平，则该行列线交叉点的二极管就点亮。因此要实现某一列的发光二极管都点亮，则该列的列线上都应送上低电平，所有行线送高电平;若实现某一行的发光二极管都点亮，则该行的行线上都应送上高电平，所有列线送低电平，这一操作可以利用软件扫描的方法来实现。

　　(3)SD卡模块

　　由于单片机内部储存空间的局限性，无法将整个HZK16文件的内容全部存储进去，所以我们考虑到利用SD卡来储存汉字库文件。这样就可以通过单片机控制SD卡的读写将GSM无线数据模块所收到的信息转化为汉字显示到点阵屏上。

　　单片机通过SPI口与SD卡模块相连接，SD卡内部操作系统采用FAT32格式，所以，所有数据的读写均通过操作系统方式对SD卡内储存的数据进行操作。

　　　软件分析：

　　系统软件设计主要有四个功能:① 控制GSM 模块; ②根据接收到的内容从SD卡的汉字库文件中读取字模数据; ③向点阵显示模块传输数据; ④协调各个显示模块同时更新显示的数据。

　　系统主程序流程图如图5所示，初始化部分完成单片机的初始化和SD卡模块的初始化操作，并且完成对TC35I模块的启动，完成模块登录到GSM网络，使之进入待机状态。通过AT指令对GSM模块进行初始化设置，使之可以接收和发送短消息，控制中心(手机)发送控制命令，通过接收短消息子函数解析短消息内容，完成对显示屏内容的改变。

　　根据主程序流程图和实际软件调试的步骤，系统软件的调试分几个模块：调试点阵屏显示程序、调试TC35I模块实现正常收发短消息、调试SD卡模块、调试各种编码转换。最终整合程序，完成主程序。

　　调试TC35I模块主要是对AT指令的熟练运用，通过不同的AT指令对模块进行设置，实现模块可以和单片机正常通信，模块自己识别指令完成收发短消息的操作，此时的短消息是传输不同命令的短信内容编码转换主要是综合上面的小程序，其一汉字转换成字符格式，这样才可以实现对短消息的传输，短消息包括点阵屏所要显示的汉字。其二把收到的短消息字符数据转换成国标码，这样才能跟SD卡里所储存的汉字库文件中汉字想对应，完成汉字的显示。

　　设计总结：

　　GSM作为国内通用移动通信网，具有其它通信方式不可比拟的优越性，通信范围广、传输数据可靠性高、短消息业务经济实惠，是远程无线数据传输系统比较好的数据传输方式，且GSM网覆盖范围广，系统抗干扰能力强、通信误码率低。

　　本系统所设计的基于GSM 的无线LED 显示屏系统,具有电路简单,组装、扩展容易方便,亮度高、整屏亮度均匀,无线传输距离可以任意远近,运行费用低,可靠性高低等特点。但是，目前做出了电路板，但是还是有一定的不足，还有一些方面有待改进，考虑到实际场合的应用，电源的供应可以选择蓄电池，也可以考虑使用太阳能作为系统的电源，这样可以大大提高系统的实用性。