【正文】 顯示 的公交電子站牌 的設(shè)計(jì)過程。文中探討了利用 GSM 短消息作為數(shù)據(jù)傳輸媒介實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制 LED 顯示的 電子公交站牌的 可行性，給出了采用 TC35i 模塊和STC89C516RD+單片機(jī)構(gòu)成的遠(yuǎn)程控制 LED 顯示 電子公交站牌 的設(shè)計(jì)方案，并詳細(xì)介紹了遠(yuǎn)程控制 LED 顯示屏的硬件組成和軟件的工作流程。文章重點(diǎn)闡述了 STC89C516RD+單片機(jī)和 TC35i 模塊的接口、 TC35i 的特點(diǎn)和主要功能、 AT指令的應(yīng)用、短信 PDU 編解碼在單片機(jī)上的實(shí)現(xiàn)， LED 顯示屏的構(gòu)成等。該系統(tǒng)單片機(jī) STC89C516RD+通過標(biāo)準(zhǔn)串口經(jīng)電平變換與 TC35i 模塊相連，完成對(duì)TC35i 模塊的初始化和短消息的數(shù)據(jù)收發(fā)功能，同時(shí)使用 并 口與 LED 顯示 公交電子站牌 相連，完成單片機(jī)與 LED 顯示 電子公交站牌 的信息傳遞。實(shí)踐證明，這種設(shè)計(jì)思想充分的使用了單 片機(jī)的內(nèi)部資源，有利于系統(tǒng)硬件的簡(jiǎn)單化，大大方便了系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)，并很大成度的提高了系統(tǒng)的可靠性 。 2 方案論證 整體方案選擇 方案一：基于 ARM 的嵌入式系統(tǒng)。這種方案中我們可以使用現(xiàn)有的操作系統(tǒng)（ linux），在系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)。由于 ARM 處理器的功能強(qiáng) 大，資源豐富，因此使用這種方案可以使系統(tǒng)功能近乎完美，并且由于使用了操作系統(tǒng)，應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)會(huì)變得簡(jiǎn)單可靠。但是這種方案成本較高，同時(shí)使用的嵌入式操作系統(tǒng)也會(huì)占用一部分額外的硬件資源，這樣會(huì)大大的提高開支。目前情況下我們不考慮這種方案 。 方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)與 GSM 模塊構(gòu)成的系統(tǒng)。目前單片機(jī)已非常普遍，基于 51內(nèi)核的 單片機(jī) 芯片也有眾多供應(yīng)廠商。例如， 臺(tái)灣 宏晶科技的 STC 系列， Cyganl公司的 C8051 系列。這些 單片機(jī)都有豐富的片上資源，一般都不需要外擴(kuò)其他器件就可以構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。 方案 三 ： 由 CPLD 器件組成的控制電路，具有很高的可靠性和設(shè)計(jì)靈活性，所實(shí)現(xiàn)的顯示效果樣式較多，但采用可編程邏輯器件 CPLD 的設(shè)計(jì)成本相對(duì)較高。 由于采用由單片機(jī)組成的控制電路已能完成設(shè)計(jì)的要求，且其性價(jià)比要優(yōu)于采用由其他組成的控制電路。因此，本文的中央控制 單元采用第二種方案。 電子顯示站牌的選擇 根據(jù)論文的設(shè)計(jì)要求，本文提出了以下幾種方案，對(duì)比論證，選取較合適的方案。 （ 1） CRT 監(jiān)視器＋太陽能供電方案：在站牌出安裝一小型彩色監(jiān)視屏，將站點(diǎn)信息顯示在 CRT 監(jiān)視器上，供行人查閱。該系統(tǒng)采太陽能進(jìn)行供電，站點(diǎn)信息放在存儲(chǔ)器內(nèi)，通過無線廣播的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。這種方案的優(yōu)點(diǎn)：是成本比較低，可以采用淘汰下來的電視機(jī)作為監(jiān)視器；缺點(diǎn)是：耗電量巨大，需要巨大的太陽能電池板來供電，另外 CRT 顯示器在陽光下的顯示效果不理想。 （ 2） LED 點(diǎn)陣顯示屏＋太陽能供電方案：整 個(gè)站牌由 LED 顯示屏構(gòu)成，站點(diǎn)信息在點(diǎn)陣屏幕上顯示，并且可以以靜態(tài)的方式固定顯示站點(diǎn)或者以動(dòng)態(tài)的方式輪流顯示所有的站點(diǎn)，系統(tǒng)由太陽能供電，在雨天的時(shí)候還可以通過備用的蓄電池供電，正常的時(shí)候，太陽能電池板向蓄電池進(jìn)行充電 [1]。系統(tǒng) 利用 GSM短信模塊的 GSM 網(wǎng)絡(luò)將系統(tǒng) 進(jìn)行更新、升級(jí)。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是：成本相對(duì)比較低廉，能及時(shí)動(dòng)態(tài)的顯示站點(diǎn)信息，顯示的信息容量也比較大，便于遠(yuǎn)程控制和升級(jí)。缺點(diǎn)是：受目前 LED 顯示技術(shù)的限制，對(duì)于 圖像 和視頻顯示的效果不是很理想。 （ 3） 液晶顯示器（或者等離子）＋太陽能供電方案：由 液晶（等離子）顯示器構(gòu)成站牌，不但能顯示站點(diǎn)信息，還可以顯示圖象或者視頻信息，系統(tǒng)使用太陽能進(jìn)行供電，站點(diǎn)信息經(jīng)過專用電纜或者互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳送。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是能在有限的站牌上顯示更多的信息，尤其是 圖像 和視頻信息，缺點(diǎn)是成本太高，數(shù)據(jù)傳輸量巨大，不適合推廣使用。 通過比較上述三種方案，可以發(fā)現(xiàn) LED 點(diǎn)陣顯示方案有很大的可行性，而且其系統(tǒng)的升級(jí)也比較方便，便于推廣使用，適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展需求。 GSM Modem 的選擇 本設(shè)計(jì)中 GSM Modem 是該系統(tǒng)中的核心部分，正確選擇合適 GSM Modem將關(guān)系 到整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的成敗。目前 GSM Modem 有眾多供應(yīng)商提供，我們將對(duì)幾種常用的 GSM 模塊進(jìn)行評(píng)估，以便選擇合適的方案。 （ 1） MZ28 模塊 MZ28 模塊是中興通訊推出的 GSM 無線雙頻調(diào)制解調(diào)器，主要為語音傳輸、短信發(fā)送和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無線接口。 MZ28 集成了完整的射頻電路和 GSM 的基帶處理器，特別適合于迅速開發(fā)基于 GSM 無線網(wǎng)絡(luò)的無線應(yīng)用產(chǎn)品。帶有人機(jī)接口（ MMI）界面的應(yīng)用產(chǎn)品內(nèi)部與 MZ28的通訊可通過標(biāo)準(zhǔn)的串行接口（ RS232）進(jìn)行。 MZ28 使用簡(jiǎn)單的 20PIN ZIP 插座與用戶自己的應(yīng)用系統(tǒng)相連，此 ZIP 連接方式提供開發(fā)所需的數(shù)據(jù)通信、音頻和電源等接口信號(hào)。 MZ28 可以作為無線引擎，嵌入到用戶自己的產(chǎn)品當(dāng)中，用戶可以用單片機(jī)或其他 CPU 的 UART 口，使用相應(yīng)的 AT 命令，對(duì)模塊進(jìn)行控制，達(dá)到使其產(chǎn)品可以輕松進(jìn)入 GSM 網(wǎng)絡(luò)的目的 [2]。 （ 2） TC35i 模塊 TC35i 是 Siemens 公司推出的新 代無線通信 GSM 模塊。自帶 RS232 通訊接口 ， 可以方便地與 PC 機(jī)、單片機(jī)連機(jī)通訊?？梢钥焖?、安全、可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù) (Short Message Service)和傳真。 TC35i 模塊的工作電壓為 —， 可以工作在 900MHz 和 1800MHz 兩個(gè)頻段 ， 所在頻段功耗分別為 2w(900M)和 1w(1800M)。模塊有 AT 命令集接口 ， 支持文本和 PDU模式的短消息、第三組的二類傳真、以及 ， ， 的非透明模式。此外 ，該模塊還具有電話簿功能、多方通話 ， 漫游檢測(cè)功能 ， 常用工作模式有省電模式、IDLE、 TALK 等模式。通過獨(dú)特的 40 引腳的 ZIF 連接器 ,實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號(hào)、及控制信號(hào)的雙向傳輸。通過 ZIF 連接器及 50Ω 天線連接器 ，可分別連接 SIM 卡支架和天 線。 TC35i 模塊主要由 GSM 基帶處理器、 GSM 射頻模塊、供電模塊 (ASIC)、閃存、 ZIF 連接器、天線接口六部分組成。作為 TC35i的核心 ， 基帶處理器主要處理 GSM 終端內(nèi)的語音、數(shù)據(jù)信號(hào) ， 并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下 ， 可支持FR、 HR 和 EFR 語音信道編碼。其它功能介紹可參見 相 關(guān)資料。 通過對(duì)比以及資料的查找，我們發(fā)現(xiàn) TC35i 有眾多的用戶，資料介紹比較全面詳細(xì)。網(wǎng)絡(luò)上也有很多電子愛好者、工程師對(duì) TC35i 比較感興趣，討論的話題比較多，更有很多調(diào)試筆記等可以參考 。因此我們考慮選用該模塊，這樣風(fēng)險(xiǎn)較 小，成功率較高，遇到問題方便解決。 3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù)設(shè)計(jì)要求及方案論證，系統(tǒng)整體電路方框圖如圖 1 所示 。 圖 1 系統(tǒng)整體硬件電路方框圖 在圖 1 所示的方框圖中，單片機(jī)系統(tǒng)包括單片機(jī)系統(tǒng)、 實(shí)時(shí) 鐘 電路 芯片、 看門狗電路、信息存儲(chǔ)電路、 GSM 模塊接口電路和 LED 點(diǎn)陣顯示屏構(gòu)成。 其中單片機(jī)系統(tǒng)控制器采用芯片 STC89C516RD+、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路采用芯片DS130看門狗電路采用 STC89C516RD+內(nèi)部的看門狗設(shè)置、信息存儲(chǔ)單元電路采用芯片 CY62256。 GSM 模塊采用 TC35i， TC35i 帶有標(biāo)準(zhǔn)的串行通信接口通過 MAX232 進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后與單片機(jī)進(jìn)行接口。在本設(shè)計(jì)中我們的重點(diǎn)是進(jìn)行短信息的接收與PDU解碼，因此 LED 顯示屏我們不在自行設(shè)計(jì)，而是采用市面上出售的成品 LED屏幕。這樣我們需要 制作 LED 顯示屏 的控制部分和 編寫與 LED 顯示屏通信的 并口驅(qū)動(dòng)程序。 由于 TC35i 它本身就是基于 URAT 的串口模塊，所以 通過串行通信接口 直接 與單片機(jī)相連， 但由于電平不匹配，所以單片機(jī)串口要加 MAX232后才可以與 TC35i 通信。 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) LED 電子顯 示屏驅(qū)動(dòng)顯示電路 顯示屏分成屏體和控制器兩部分，屏體的主要部分是顯示陣列以及有行列驅(qū)動(dòng)電路。根據(jù)安裝環(huán)境的 空間 以及考慮成本造價(jià)，決定使用多大尺寸的顯示屏，從而決定了顯示模塊的數(shù)量，這里以 88 點(diǎn)陣為例，模塊單位為 256 點(diǎn)陣，即需要 16 塊點(diǎn)陣模塊，如圖 2 示。漢字一般是 256 點(diǎn)陣，那么該屏可以一次顯示 4個(gè)漢字。 太陽能電源電路 電源電路 GSM 模塊接口電路 LED 點(diǎn)陣顯示屏 看門狗 電路 信息存儲(chǔ)單元電路 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路 單片機(jī)系統(tǒng)控制器 采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，分成兩步，對(duì)于每行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，各行的同名列共用一個(gè)列驅(qū)動(dòng)器，由單片機(jī)給出行選通信號(hào)，從第一行 開始依次對(duì)各行進(jìn)行掃描，對(duì)于列，根據(jù)各列所存數(shù)據(jù)，確定相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器是否將該列與行接通，如果接通，那么該行該列的 LED 將亮，以同樣方法進(jìn)行顯示全部各行都掃描一遍之后 (一個(gè)掃描周期 )，再從第一行開始，進(jìn)行下一個(gè)周期的掃描。只要一個(gè)掃描周期的時(shí)間比人眼 1/25 秒的滯留時(shí)間短，就不會(huì)感覺出閃爍現(xiàn)象。 顯示數(shù)據(jù)從驅(qū)動(dòng)芯片到顯示模塊是以并行方式傳輸?shù)?，但顯示數(shù)據(jù)從單片機(jī)到驅(qū)動(dòng)芯片是以串行方式傳輸?shù)?，由于串行傳輸?shù)目刂齐娐泛?jiǎn)單，設(shè)計(jì)容易，缺點(diǎn)是串行數(shù)據(jù)傳輸需要很長(zhǎng)的時(shí)間，不過這可以由軟件來彌補(bǔ)，也可考慮單片機(jī)的控制速度 。 顯示驅(qū)動(dòng)電路由 74HC595 組成。 74HC595 輸入端是 8 位串行移位寄存器，輸出端是 8 位并行緩存器具有鎖存功能。由于 CLK、 LOAD 端相連，而數(shù)據(jù)線分開，這樣在同一脈沖下，行列的數(shù)據(jù)可以同時(shí)進(jìn)行傳入，行列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，啟動(dòng) LOAD 信號(hào)使所有數(shù)據(jù)同時(shí)輸出并鎖存，這樣的設(shè)計(jì)較之傳統(tǒng)方法提高了 4倍的速度，占用 I/O 口少，由于 CLK， LOAD 引線較長(zhǎng)，為避免線間干擾，在驅(qū)動(dòng) 6 片 74LS595 之后再加驅(qū)動(dòng)芯片 74LS5244 以驅(qū)動(dòng)下一級(jí)驅(qū)動(dòng)電路。 LED 顯示屏驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，與所用控制系統(tǒng)相配合，通常分為動(dòng)態(tài)掃 描型驅(qū)動(dòng)及靜態(tài)鎖存型驅(qū)動(dòng)二大類 [3]。以下就動(dòng)態(tài)掃描型驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)為例為進(jìn)行分析：動(dòng)態(tài)掃描型驅(qū)動(dòng)方式是指顯示屏上的 4 行、 8 行、 16 行等 n 行發(fā)光二極管共用一組列驅(qū)動(dòng)寄存器，通過行驅(qū)動(dòng)管的分時(shí)工作，使得每行 LED 的點(diǎn)亮?xí)r間占總時(shí)間的 1/n，只要每行的刷新速率大于 50Hz，利用人眼的視覺暫留效應(yīng)，人們就可以看到一幅完整的文字或畫面。常規(guī)型驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)一般是用串入并VCC 74HC154 74HC595 74HC595 A B C D DATA CLK STR 圖 2 顯示驅(qū)動(dòng)電路 出的通用集成電路芯片如 74HC595 或 MC14094 等作為列數(shù)據(jù)鎖存，以 8050 等小功率 NPN 三極管為 行 驅(qū)動(dòng)，而以達(dá)林頓三極管如 TIP127 等作為行 掃描管。如動(dòng)態(tài)掃描型驅(qū)動(dòng)方式是指顯示屏上的 4 行、 8 行、 16 行等 n 行發(fā)光二極管共用一組列驅(qū)動(dòng)寄存器，通過行驅(qū)動(dòng)管的分時(shí)工作，使得每行 LED 的點(diǎn)亮?xí)r間占總時(shí)間的 1/n，只要每行的刷新速率大于 50Hz，利用人眼的視覺暫留效應(yīng)，人們就可以看到一幅完整的文字或畫面常規(guī)型驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)一般是用串入并出的通用集成電路芯片如 74HC595 或 MC14094等作為列數(shù)據(jù)鎖存，以 8050等小功率 NPN三極管為列驅(qū)動(dòng)，而以達(dá)林頓三極管如 TIP127 等作為行掃描管。如以單色點(diǎn)陣、16 行 64 列為一個(gè)基本單元，則需用 8 片 74HC59 16 個(gè)行掃描管，其工作原理為：將八片 74HC595 級(jí)連，共用一個(gè)串行時(shí)鐘 CLK 及數(shù)據(jù)鎖存信號(hào) STR。 當(dāng)?shù)谝恍行枰@示的數(shù)據(jù)經(jīng)過 88=64 個(gè) CLK 時(shí)鐘后將全部移入 74HC595中，此時(shí)產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)鎖存信號(hào) STR，使數(shù)據(jù)鎖存在 74HC595 的后級(jí)鎖存器中，同時(shí)由行掃描控制電路產(chǎn)生信號(hào)使第一行掃描管導(dǎo)通，相當(dāng)于第一行 LED 的正端都接高平，顯然第一行 LED 管子的亮 、 滅取決于 74HC595 中所鎖存的信號(hào)；在第一行 LED 管子點(diǎn)亮的同時(shí)，在 74HC595 中移入第二行需要顯示的數(shù)據(jù)，隨后將其鎖存，并同時(shí)由行掃描控制電 路將第一行掃描管關(guān)閉而接通第二行，使第二行 LED 管子點(diǎn)亮 …… 以此類推，當(dāng)?shù)谑袙呙柽^后再回到第一行，只要掃描速度足夠高，就可形成一幅完整的文字或圖像，其工作時(shí)序見圖 3。 圖 3 串行移位工作時(shí)序圖 顯示屏主控制電路 在控制領(lǐng)域 51 系列、 PIC 系列以及 AVR 系列單片機(jī)是常用的微型控制器，每個(gè)系列都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，在某些方面都有自己的長(zhǎng)處。在具體的設(shè)計(jì)當(dāng)中要綜合考慮，如單片機(jī)的資源是否滿足系統(tǒng)要求，系統(tǒng)是否有嚴(yán)格的速度要求，系統(tǒng)對(duì)控制器的抗干擾能力，硬件的加密性，外圍電路是否簡(jiǎn)單，是否有比較 齊全的成熟的開發(fā)、調(diào)試工具，如果要生產(chǎn)的話，則還要考慮價(jià)格和供貨渠道等因素。 控制器的比較及選型 PIC 系列單片機(jī)： PIC