基于ARM的校园LED公告板系统设计

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近年来，LED电子显示屏作为一种高科技产品日益引起人们的重视。它可以实时显示或循环播放文字、图形和图像信息，具有显示方式丰富、观赏性强、显示内容修改方便、亮度高、显示稳定且寿命长等多种优点，被广泛应用于诸多领域。随着LED显示屏行业的不断发展，人们对LED显示屏的控制要求越来越高，尤其是LED显示屏的远程控制，传统的单个LED显示屏的控制已经很难满足多个LED显示屏的应用场合。
         
        目前，校园内的LED公告板的使用越来越多，用于各类通知的宣传和传播，但其控制仍是以单块LED公告板控制为主流，操作和更新显示屏信息十分不方便。在这种背景下，本设计对目前校园内的LED公告板系统进行研究和改进，在原有的LED公告板基础上加入了ZigBee收发模块，设计了一个基于ARM器件，使用了触摸屏技术和ZigBee无线传输技术的校园LED公告板系统。
       
        1控制系统的硬件设计
       
        1.1 S3C2440处理器主控板模块
       
        在此硬件平台上嵌入Linux实时操作系统，进行校园整个LED公告板系统的管理和控制。S3C2440芯片支持触摸屏接口，其包含触摸屏控制器、四个外部晶体管，还有一个外部电压源。触摸屏接口控制，选择控制信号（nYPON、YMON、nXPON、XMON）和模拟引脚与触摸屏面板的引脚和外部晶体管相连。

       
       
        图1 系统的硬件总体框架图

         
        1.2 PS2键盘模块
       
        PS2键盘传输协议是以下面的数据格式进行数据传输的：1个起始位（总是逻辑0），8个数据位（低位在前），1个奇偶校验位（奇校验），1个停止位（总是逻辑1），1个应答位（仅用于在主机对设备的通信中）。键盘的发送时序如图2所示。

       
       
        图2 键盘的发送时序

         
        1.3液晶显示器模块
       
        使用了7寸液晶显示屏，其视频彩色制式：PAL/NTSC；高清晰度，宽视角，16：9与4：3可任意转换；最佳分辨率：800×480；对比度：200：1；7寸液晶显示屏主要用于主控制界面的显示和输入的更新文字的显示。
       
        1.4四线电阻式触摸屏模块
       
        四线电阻式触摸屏是电阻式触摸屏中应用最广、最普及的一种。其结构由下线路导电ITO层和上线路导电ITO层组成，中间由细微绝缘点隔开。当触摸屏表面无压力时，上下线路成开路状态；一旦有压力施加到触摸屏上，上下线路导通，控制器通过下线路导电ITO层在X坐标方向上施加驱动电压，通过上线路导电ITO层上的探针侦测X方向上的电压，由此推算出触点的X坐标，通过控制器改变施加电压的方向，同理可测出触点的Y坐标，从而明确触点的位置。其等效电路如图3所示。

       
       
        图3四线电阻式触摸屏的等效电路。

         
        1.5 ZigBee无线传输模块
       
        ZigBee通信模块选用顺舟科技的SZ05模块，处理器与通信模块通过RT1_TX和RT1_RX引脚连接，在叫号终端中应用的通信模块选用终端节点工作模式（即把通信模块上的DS引脚接地）。ZigBee无线传输模块与主控制板的连接如图4所示。

       
       
        图4 ZigBee无线模块与主控制电路连接图。

        这里ZigBee构成一个星型网的网络类型，发送模式设置为主从模式，波特率选择为9600，数据位设置为8+0+1.
         
        使用ZigBee无线传输模块实现无线数据显示信息传递与更新，避免了使用基于中国移动通信运营商的GSM/GPRS通信网络的数据传输而带来在信息更新时的额外开销费用。
       
        2系统软件设计
       
        2.1 ZigBee无线通信协议的设计
       
        由于ZigBee无线传输模块使用了串口通信，需要设计一个LED显示屏操作系统的通信协议，保证准确无误地对各个LED显示屏进行操作和更新。因此规定了其帧格式，如表1所示。

       
       
        表1 ZigBee通信协议的帧格式

         
        ①帧头：表示一个帧的开始，内容为FFAA，帧头长度为2个字节。
       
        ②帧长：表示该数据包不包括帧头在内的帧数据的长度，帧长长度为2个字节。
       
        ③地址标识：每个ZigBee无线模块的物理地址，包括目的地址和源地址，长度都是1个字节。
       
        ④数据：数据包的内容，长度为0byte~256byte.
       
        ⑤奇偶校验：为了降低通信中的误码率，此协议中用了奇偶校验方法，数据位中1的个数为偶数，校验位为1；数据位中1的个数为奇数，校验位为0.
       
        2.2基于Linux的QT4开发软件的主界面的设计
       
        QT软件是诺基亚开发的一个跨平台的C++图形用户界面应用程序框架。它提供给应用程序开发者建立艺术级的图形用户界面所需的功能。QT是完全面向对象的，很容易扩展，并且允许真正地组件编程。自从1996年早些时候，QT进入商业领域，它已经成为全世界范围内数千种成功的应用程序的基础。QT也是流行的Linux桌面环境KDE的基础。基本上，QT同Window上的Motif，Openwin，GTK等图形界面库和Windows平台上的MFC，OWL，VCL，ATL是同类型的东西，但QT具有优良的跨平台特性、面向对象、丰富的API、大量的开发文档等优点。
       
        该系统的主界面主要包括以下几方面内容：
       
        ①整个LED显示屏系统的总开关按键图标；
       
        ②选择对哪个LED显示屏进行操作的界面；
       
        ③选中的LED显示屏上显示的内容的窗口；
       
        ④选中的LED显示屏的单个显示屏的开关按键图标和发送按键图标。

       
       
        图5 系统的软件模块框图

         

          3结语
       
        采用了本系统后，四线触摸屏技术让控制主界面更加得人性化，操作者可以在办公室内通过触摸屏显示主界面分时更新多台LED公告板的显示内容和对各个LED公告板进行开关控制。使用了物联网中智能家居用的ZigBee通信模块，实现了校园中多个LED显示屏的远程控制和显示更新，组成了一个小型的LED显示屏控制系统。