基于ARM的校园LED公告板远程控制系统设计

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。
   
   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。
   
   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。
   
   
   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。