无线LCD广告牌系统的设计实现.doc

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1、无线 LCD 广告牌系统的设计实现摘要： 随着经济社会的不断进步， LCD 广告牌作为面 向公众的信息显示终端之一，有着极其广泛的民用和商业价 值。虽然市场中已经出现了各种类型的 LCD 广告牌，但大 多数 LCD 广告牌信息显示采取的是预先将显示信息固化在 系统之中，这失去了信息的时效性，特别不方便用户更新显 示内容。少数 LCD 广告牌采用了与微机直接相连，用微机 来传送信息，这种系统解决了信息刷新问题，但由于有线连 接，制约了系统放置的随意性，特别是对于面向多地区多客 户的广告公司来说，给系统的实时更新和维护带来了诸多不 便。该文设计采用无线传输技术，实现了对广告牌内容及显 示方式的灵活

2、设置，具有很好的应用价值。关键词： LCD 广告牌；无线；单片机； NRF905 ；Keil ； STC89C52中图分类号： TP311 文献标识码： A 文章编号： 1009-3044（2014）14-3376-06Abstract ： With the continuous economic and socialdevelopment， LCD billboards ， used as a public information display terminal ， has a very wide range of civil and commercial value. Although

3、there have been various types ofLCD billboards in the market ， most LCD Billboard information is stored in the system in advance ， leaving the information out of date. Therefore ， it is not convenient to replace the contents for users. Few LCD billboards are directly connected to the computer to add

4、ress information directly. However ， as a wired connection， the system is restricted to locations. Therefore ， it is not convenient for multi-client -oriented and multi-region ad company to maintain and update the system. This paper introduces a new scheme of a wireless remote control billboards ， m

5、aking it flexible for billboards contents and displays， with a good application value.Key words ： LCD billboard ； radio；computer； NRF905 ； Keil ； STC89C521 设计背景 信息和信息传播在现代社会的发展进程中越来越显现 出其重要的地位，视频媒体作为信息传播的重要载体之一， 已经越来越受众欢迎。与此同时，人们对视觉媒体的内在要 求也不断提高，要求其更加具有反应迅速、实时更新、视觉 醒目等特点。近年来，微电子技术、自动化技术、计算机技 术迅猛发展，半

6、导体制作工艺日趋成熟， LCD 的应用范围 日益扩大。但目前大多数 LCD 广告牌信息显示采取的是预先将显示信息固化在系统之中，很难及时响应用户信息更新 的需求；少数 LCD 广告牌采取与微机直接相连，由微机来 传送信息解决信息更新问题，但由于采取有线连接，对系统 的放置具有一定的制约，特别是对于面向多地区多客户的广 告公司来说，给系统的实时更新和维护带来了诸多不便。所 以 LCD 广告牌内容的实时更新及更新方式作为体现视觉媒 体传播的内在要求显得尤为重要。2 设计方案本系统较现有的 LCD 广告牌系统主要有两个特点：第 一，采用无线电波传送信息到 LCD 显示屏； 第二，根据 LCD 广告牌

7、附近人员的分布情况有效地开启 LCD 显示屏。整个 系统需要由五个模块组成，即上位机、发射机、接收机、显 示屏和红外热释。其结构框图如图 1 所示。上位机在编辑好信息后，利用点阵抽取和移动算法把信 息转换成点阵数据，通过串口将点阵数据传输至发射机中。 发射机将点阵数据及通过键盘输入的命令经编码和调制后， 以码分多址技术实现转发。接收机将收到的高频信号经过放 大、整形、解调、译码后，再并行输出到单片机，单片机对 接收的数据进行识别和转存，实时对显示方式及内容进行调 整，并驱动 LCD 显示屏。通过热释电传感器以非接触形式 检测出人体辐射的红外线能量变化，并将其转换成电压信号 输出放大后驱动 LC

8、D 显示屏的控制电路，从而控制 LCD 屏 的显示。3 系统的硬件设计 硬件是系统设计的基础，硬件设计的好坏直接影响着整 个系统的性能。 该系统的硬件主要有这样几个部分： 上位机、 发射模块、接收模块和 LCD 屏显模块、热释红外模块。下 面对其中几个关键的硬件模块做一些介绍。1）发射端模块本系统的发射端由 STC89C52 单片机、键盘、编码器、 NRF905 发射器、串行通信接口和 UPS 供电系统组成，其结 构框图如图 2 所示。通过串行口将信号发至 STC89C52 单片机，单片机将数 据暂存在发射缓冲区 RAM 中，然后按照键盘的指令将数据 通过串行口传送到到编码器，发射器将编码后的

9、数字信号调 制到高频段的载波上，经功率放大后发射出去。本系统的发 射器选用的是 NORDIC 公司的无线芯片 NRF905 ，该芯片采 用高效的 GFSK 调制，使用开放的 ISM 频段， 工作速率可达 50Kbps，收发模式间的切换时间短，功耗低，内置循环冗余 校验和点对多点的通信地址控制，这些优点特别适用于工业 控制场合 6 。上位机与发射端通过串口进行数据的通信，关联如图 3 所示。2）接收端和显示模块 本系统的接收端和显示模块由 NRF905 接收器、译码器、 STC89C52 单片机、显示驱动、 LCD 屏及供电系统组成，其结构框图如图 5 所示接收器的工作步骤是 “接收、 放大、整

10、形、解调、输出” 作用是将接收的高频段信号解调为数字编码信号。我们选用 了与发射模块相对应的接收解调一体化模块 NRF905 芯片。 译码器是对数字编码信号进行译码。我们选用的是码分多址 串行解码专用芯片。 STC89C52 单片机的作用是将接收到的 数据进行识别、保存和显示方式的转换。显示模块的作用是 显示输出的内容。该模块由 LCD 显示屏和显示驱动板组成， 显示驱动板自带显示数据缓冲区，同时以动态扫描的方式驱 动 LCD 屏显，具有功耗相对较低的特点。接收与显示模块的电路图如图 6 所示。3）热释红外模块 红外热释电传感器通过感受红外热源，如人员等其他物 体的散热，对 LCD 显示屏执行

11、开关操作。但是它也有一定 的缺陷，在远距离的情况下，它的灵敏度相对较低。红外热 释电处理芯片 BISS0001 和菲涅尔镜片是红外控制模块的主 要组成部分。本设计中采用的是带有菲涅耳透镜的红外热释电传感 器，并附有传感器处理芯片 BISS0001 及控制电路。BISS0001 的热释电红外无线感应器应用电路图如图 7 所示。在上图中，热释电红外传感器将输出的信号先送至运算 放大器0P1进行第一级放大，接着经过 C3耦合之后传送给 运算放大器 OP2 进行第二级的放大， 最后再通过由电压比较 器 COP1 与 COP2 所构成的双向鉴幅器的处理，检测出有效 的触发信号 Vs 去开启延迟时间定时器

12、，并把输出的信号 Vo 通过晶体管 T1 的放大以后去驱动继电器接通负载。 上图中， R3 为光敏电阻，用来检测环境照度。4 系统的软件设计 本系统的软件设计主要围绕这样的三大模块进行：上位 机主控程序、发射端主控程序和接收端主控程序。1 ）上位机主控程序设计上位机主控程序包括显示信息生成程序和串口通信程 序。该系统采用 Visual Basic 语言设计用户界面（如图 8 所 示），可以实现用户对上位机系统可视化的控制。 将 Windows 平台下的主控程序与底层通信软件结合，经串行通信端口完 成用户对源文件、 Internet 接口和其他输入设备的多种参数录 入。点阵显示转换程序通过点阵抽

13、取和移动算法将系统中 生成的显示信息转换为 LCD 显示屏中对应的点阵数据。对 于双基色、三基色显示屏而言，通过将不同基色数据分别抽 样，进行分块存储和顺序转发； 对于动态图像， 以帧为单位， 分别计算其偏移量，并确保背景图像和动画文字在时序上的 同步7 。上位机主控程序的功能流程如图 9 所示。2）发射端主控程序设计 发射端主控程序的作用是通过串行口接收上位 PC 机传 送来的数据，读取键盘指令，并向编码器串行发送显示数据 或操作指令。 由于程序是在基于 C 的 Keil C51 环境下所编写 的，所以它可以直接被翻译成汇编语言，并生成二进制代码 写进单片机，提高编写工作效率。程序的是否执行

14、依靠中断 来确定的， 系统启动后即处于等待 INT0 和串行口触发状态。 INT0 触发时， 说明键盘有命令输入， 单片机接收键值判断命 令的类别；串行口触发时，说明 PC 机传来数据，单片机接 收数据并存储于 RAM 中。同时向接收机发送操作指令或数 据。其工作流程如图 10 所示。发射端的控制器 STC89C52 单片机上电复位后，首先需 要完成的就是系统初始化，即完成对单片机中的各个模块， 具体包括往相应的控制寄存器中写入数据，设定各个部分的 工作方式等。单片机初始化过程主要包括设定系统时钟、定 时器、定义 I/O （输入输出端口）等操作。3）接收端主控程序设计 该部分软件的功能是对接收

15、到数据进行的识别、储存、 转换和显示驱动，并可进行本机的自检。当接收端的译码芯 片有内容输出时， 控制器 STC89C52 单片机则中断当前显示， 接收标志字，并判断标志字的内容，确定将要接收的内容是 数据，还是操作控制命令。若为数据，则将其接收并存储在 一个显示缓冲数据库当中，按当前的方式进行显示。若为命 令，则立即改变显示方式。接收端主控程序的功能流程如图 11 所示。5 系统测试 本系统测试时是先对各模块的功能以及性能做简单的 测试和分析，然后再整体测试。系统的实体图如图 12 所示。系统的发射端通过 DB9 转 USB 串口线与计算机的 COM 口相连。发射端与接收端均采用 NRF90

16、5 作为无线收发装置， 采用 STC89C52 单片机作为各自的控制器。红外热释电处理 芯片 BISS0001 和菲涅尔镜片是红外控制模块的主要组成部 分，此模块通过单片机用来控制 LCD 屏的显示。1）上位机通信测试 上位机采用串口与发射端进行通信，接收端接收发射端 数据并在 STC89C52 单片机的控制下传送给 LCD 屏显示。 上位机发送字符个数测试结果如表 1 所示。2 无线发送接收装置通信测试测试 NRF905 时选用 444.0MHz 的工作频率，设置发射 功率为 +10dBm （10mW ）。测试结果如表 2 所示。NRF905 通讯距离的测试结果距离小于 200 米通讯稳定

17、（丢包率不足 1% ）。距离大于 700 米时出现严重的丢包。同 时在测试中还发现， NRF905 所采用的 433MHz 胶棒天线具 有较强的方向性，在接近极限距离时尤为明显。如想在远距离通讯中获得更好的稳定性，建议换用高增益的定向天线。 当距离控制在有效范围内， LCD 屏则显示，效果如图 13 所 示：3）无线发送接收装置通信测试红外热释模块由于菲涅耳透镜只能感知有限的范围，所以 LCD 控制 是有距离要求的。经过多次试验，得出范围大约控制在 7 米 以内，实验数据如图 14 所示 8：由于真正的实物不可能像理论那样理想化，会受到很多 因数的影响，发射模块和接收模块之间回收距离，电磁波影

18、 响等，那么就需要在调试的时候选择最佳距离，手机等有干 扰性的器件应该远离模块。红外热释模块主要探测人存在情 况，得到送信号，经过单片机处理，从而控制发射接收模块 使 LCD 点阵出现我们所需要的结果。所以红外热释模块必 须避免阳光、强烈灯光的直接照射，而且不能对准窗口，否 则窗外的热气流会引起误报。6 总结该文通过全面分析现有的 LCD 广告牌系统的发展现状， 结合无线通信技术的特点，设计了无线 LCD 广告牌系统。系统性能测试及鉴定结论如下： 1）无线遥控 LCD 广告 牌，方案新颖，实用性强，具有较高的市场推广价值；2）硬件配置科学，性能稳定，性价比高； 3）软件结构合理，功能强大，使用

19、方便。参考文献：1 宋保业 . 基于 BISSO001 的热释电红外开关 J. 电子 元器件应用欧冠， 2007（7）： 1-3.2 郑宏. 浅谈热释放电红外传感器 RE200B 的应用 J. 中国高新技术企业， 2008（18）： 119-121.3 胡伟生，方佩敏 .热释电红外探测元器件 J. 电子世 界， 2004（ 10）： 47-48.4 章立民 .Visual Basic 2005 程序开发与界面设计秘诀 M. 北京：机械工业出版社， 2003.5 张腊明，佟宇 .状态机技术在数据通讯协议栈中的编 程应用 J. 现代电子技术， 2008（3）：146-1486 谭浩强 .Visual Basic 程序设计 M. 北京：清华大学出 版社， 2000.7 李江全，曹卫彬，郑瑶 .计算机典型测控与串口通信 开发软件应用实践 M. 北京：人民邮电出版社， 2008.8 杜洋.A/D转换芯片 ADC0832的应用J.电子制作， 2006（1）9 张松，张霆，廖科.Protel 2004电路设计教程M.北 京：清华大学出版社， 2006.10 金春林，邱慧芳，张皆喜 .AVR 系列单片机 C 语言 编程与应用实例 M. 北京：清华大学出版社， 2003.