本文所研究的基于GPRS的遠(yuǎn)程LED顯示屏控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括上位機(jī)控制端、中轉(zhuǎn)服務(wù)器和下位機(jī)LED顯示屏;上位機(jī)控制端和下位機(jī)LED顯示屏通過中轉(zhuǎn)服務(wù)器建立網(wǎng)絡(luò)連接;本系統(tǒng)具有利用內(nèi)網(wǎng)穿透技術(shù)和中轉(zhuǎn)服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制, 能實(shí)現(xiàn)讓所有聯(lián)網(wǎng)的PC來控制每個(gè)LED顯示屏;有線控制和無線遠(yuǎn)程控制;降低通信線路鋪設(shè)成本和通信故障率;增強(qiáng)LED信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性和及時(shí)性, LED顯示屏能隨時(shí)接收上位機(jī)控制端下發(fā)的信息, 大大提高LED顯示屏的工作效率;增加LED顯示屏遠(yuǎn)程傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量, 通過GPRS DTU發(fā)送信息, 采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議, 終端聯(lián)網(wǎng)數(shù)量不受限制;擴(kuò)展LED顯示屏遠(yuǎn)程應(yīng)用的距離, 只要GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方都能使用, 不受距離限制。

20世紀(jì)80年代末, 武漢LED顯示屏作為新型信息顯示媒體在全球得到迅速發(fā)展, 具有亮度高、色彩鮮艷、壽命長、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。LED顯示屏在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中大部分都是單一的非物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì), 未能實(shí)現(xiàn)多LED顯示屏的大面積范圍宣傳和實(shí)時(shí)更新。在LED顯示屏信息的傳送方式上, 通過有線傳輸, 則需要額外的增加一筆線路鋪設(shè)的開支;而現(xiàn)有的無線傳輸, 又存在遠(yuǎn)程通信質(zhì)量低、一次性發(fā)送的數(shù)據(jù)量少等弊端和局限。本系統(tǒng)針對傳統(tǒng)LED顯示屏的各種弊端和局限, 通過一套穩(wěn)定完善的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)解決這些問題, 包括實(shí)現(xiàn)多LED顯示屏的統(tǒng)一遠(yuǎn)程控制, 顯示內(nèi)容的實(shí)時(shí)更新, 顯示花樣的更改, 顯示亮度的自動(dòng)、手動(dòng)模式的調(diào)整、有線近距離控制和網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制模式的切換、顯示屏壞點(diǎn)信息反饋的功能, 全部由上位機(jī)軟件進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文所研究的基于GPRS的遠(yuǎn)程LED顯示屏控制系統(tǒng)主要包括中轉(zhuǎn)服務(wù)器2和下位機(jī)LED顯示屏3;上位機(jī)控制端1和下位機(jī)LED顯示屏3通過中轉(zhuǎn)服務(wù)器2建立網(wǎng)絡(luò)連接 (圖1) 。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

下位機(jī)LED顯示屏3包括微控制器4和連接微控制器4的數(shù)據(jù)存儲器7、壞點(diǎn)檢測模塊5、串口模塊8、光強(qiáng)度檢測模塊10和LED顯示屏6, 串口模塊8連接GPRS模塊9 (圖2) ;各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)匯總到微控制器4, 由微控制器4進(jìn)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理, 將LED顯示屏6的壞點(diǎn)信息通過微控制器4和串口模塊8傳送至上位機(jī)控制端1, 同時(shí)通過串口模塊8獲取來自上位機(jī)控制端1的數(shù)據(jù)或者通過GPRS模塊9接收來自中轉(zhuǎn)服務(wù)器2的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù), 并將顯示信息存儲到數(shù)據(jù)存儲器7, 根據(jù)控制命令在LED顯示屏6上顯示。

中轉(zhuǎn)服務(wù)器2包括服務(wù)器軟件14和花生殼軟件15 (圖5) , 中轉(zhuǎn)服務(wù)器2建立上位機(jī)控制端1與下位機(jī)LED顯示屏3的網(wǎng)絡(luò)連接 (圖1) ;服務(wù)器軟件能實(shí)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)穿透 (圖3) , 讓上位機(jī)控制端1與下位機(jī)LED顯示屏3在具有公網(wǎng)IP地址的中轉(zhuǎn)服務(wù)器2的協(xié)助下, 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信, 在不能實(shí)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)穿透的情況下, 以中轉(zhuǎn)服務(wù)器2作為橋梁, 采用中轉(zhuǎn)技術(shù), 把上位機(jī)控制端1發(fā)來的數(shù)據(jù)先暫存, 然后轉(zhuǎn)發(fā)給下位機(jī)LED顯示屏3;花生殼軟件15能將中轉(zhuǎn)服務(wù)器2的動(dòng)態(tài)公網(wǎng)IP地址綁定到固定域名上, 上位機(jī)控制端1和下位機(jī)LED顯示屏3則通過解析固定域名, 從而間接獲取中轉(zhuǎn)服務(wù)器2的動(dòng)態(tài)IP地址, 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。

圖2 下位機(jī)LED顯示屏原理框圖

圖3 DUP內(nèi)網(wǎng)穿透框圖

控制端軟件13完成顯示信息的轉(zhuǎn)換、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接、屏幕運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制LED顯示屏6的顯示內(nèi)容、顯示字體、顯示花樣、屏幕亮度等參數(shù)。服務(wù)器軟件14基于VC6.0編寫, 實(shí)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)穿透或者數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn), 支持多LED顯示屏組網(wǎng)和多用戶同時(shí)控制。壞點(diǎn)檢測模塊5能根據(jù)客戶需要將屏幕的壞點(diǎn)信息反饋給上位機(jī)控制端1。

圖4 控制端軟件設(shè)計(jì)框圖

圖5 中轉(zhuǎn)服務(wù)器軟件設(shè)計(jì)框圖

進(jìn)一步, 光強(qiáng)度檢測模塊10能根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境的光照強(qiáng)度的變化, 自動(dòng)按事先設(shè)定好的比例調(diào)節(jié)屏幕亮度, 即屏幕亮度=線性關(guān)系*光照強(qiáng)度, 屏幕亮度與光照強(qiáng)度是一種線性關(guān)系, 光照強(qiáng)度越強(qiáng), 屏幕亮度越亮, 反之光照強(qiáng)度越弱, 屏幕亮度則越暗。

圖6 壞點(diǎn)檢測模塊原理框圖

圖7 光強(qiáng)度檢測模塊原理框圖

2 系統(tǒng)操作步驟

首先對基于GPRS的遠(yuǎn)程LED顯示屏控制系統(tǒng)的下位機(jī)LED顯示屏3的設(shè)置, 開啟下位機(jī)電源總開關(guān), 使所有硬件模塊通電運(yùn)行, 檢測GPRS模塊的運(yùn)行狀態(tài), 使網(wǎng)絡(luò)通信正常。

第二步對基于GPRS的遠(yuǎn)程LED顯示屏控制系統(tǒng)的中轉(zhuǎn)服務(wù)器2的設(shè)置, 在具有公網(wǎng)IP的電腦上使用固定域名登錄花生殼軟件15, 運(yùn)行服務(wù)器軟件14, 點(diǎn)擊運(yùn)行服務(wù), 點(diǎn)擊網(wǎng)絡(luò)檢測, 看軟件下方的公網(wǎng)IP和本地IP是否顯示一致, 若一致表示服務(wù)器處于公網(wǎng)狀態(tài), 當(dāng)上位機(jī)控制端1與下位機(jī)LED顯示屏3成功連接中轉(zhuǎn)服務(wù)器2時(shí), 服務(wù)器軟件14的界面上的客服端狀態(tài)區(qū)的控制端和顯示屏的狀態(tài)指示圖標(biāo)將顯示為在線, 并且將由灰色變成彩色, 方便用戶識別。

第三步對基于GPRS的遠(yuǎn)程LED顯示屏控制系統(tǒng)的上位機(jī)控制端1的設(shè)置, 根據(jù)實(shí)際情況來選擇控制方式:網(wǎng)絡(luò)控制和串口控制;若遠(yuǎn)程控制, 則選擇軟件界面左上角的網(wǎng)絡(luò)連接, 直到圖標(biāo)顯示彩色, 表明成功連接服務(wù)器, 若屏幕狀態(tài)區(qū)顯示彩色, 表明成功連接下位機(jī)LED顯示屏3, 整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行;串口控制需要事先配置好當(dāng)前通信端口, 然后點(diǎn)擊串口控制, 出現(xiàn)彩色表明設(shè)置成功。

3 系統(tǒng)測試

本系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)際測試達(dá)到了預(yù)定的目標(biāo), 運(yùn)行穩(wěn)定, 如圖8。具備以下優(yōu)點(diǎn):1) 利用內(nèi)網(wǎng)穿透技術(shù)和中轉(zhuǎn)服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制, 能實(shí)現(xiàn)讓所有聯(lián)網(wǎng)的PC來控制每個(gè)LED顯示屏。2) 控制方式靈活, 近距離能采用有線控制, 也能做無線遠(yuǎn)程控制。3) 利用STM32F103做主控芯片, 內(nèi)存大, 運(yùn)行速度快。4) 采用GPRS通信, 降低LED顯示屏通信線路鋪設(shè)成本和通信故障率。5) 增強(qiáng)LED信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性和及時(shí)性, LED顯示屏能隨時(shí)接收上位機(jī)控制端下發(fā)的信息, 大大提高LED顯示屏的工作效率。6) 增加LED顯示屏遠(yuǎn)程傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量, 通過GPRS DTU發(fā)送信息, 采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議, 終端聯(lián)網(wǎng)數(shù)量不受限制。7) 擴(kuò)展LED顯示屏遠(yuǎn)程應(yīng)用的距離, 只要GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方都能使用, 不受距離限制。

圖8 LED顯示效果圖