| 實現目標：
制作一款帶有接收短信功能的點陣屏顯示系統，用于我校及公司等一些公共場所公共信息的發布。該系統可以實現不管用戶在哪，身邊有沒有電腦，只要身上帶有電話，就可以利用移動通信網絡的服務，發送自己想要顯示的字在點陣屏上顯示。
設計方案：
系統基于GSM 的無線遠程LED 點陣顯示系統, 系統是借助于移動通信網絡的服務, 應用GSM 模塊的短消息功能,將信息從計算機傳輸到遠端的顯示屏。這種方式具有實現快捷、信息傳輸可靠、距離可以任意遠近、運行費用低等優點, 可以廣泛地應用于室外LED 點陣顯示。
點陣屏部分采用串行輸入，并行輸出，動態行掃描顯示漢字的方式。通過串并轉換器擴展I0口，達到控制LED點陣的64個列的目的。方案中運用8片串并轉換器74HC595級聯，鎖存4個字的一行數據，并用4/16譯碼器74HC154選擇對應的行線，在主程序中通過逐行掃描使8片串并轉換器鎖存的數據依次輸入到點陣的列端口上，這樣依據人體視覺暫留，可以完整的看到掃描后的漢字。
系統整體結構框圖：
圖1
硬件設計：
該系統電路主要包括數據收發模塊、單片機控制模塊、點陣屏模塊，及其SD卡模塊構成。單片機作為系統的核心控制部件，主要完成對點陣屏和gsm模塊的數據傳輸。其中傳輸的數據為點陣屏要顯示的漢字，傳輸數據時一種形式是實時發送數據
（1） GSM模塊電路
主要由TC35I模塊、電平轉換芯片MAX232 、電壓轉換芯片LP3966-ADJ 、SIM 卡座電路等構成。由于我們只使用模塊的短消息功能，不需要聲音功能和電池充電功能，因此只需要正確設計出啟動電路、SIM卡電路和RS232電平轉換等電路遍可與單片機連接，由單片機控制實現數據收發。
①、TC35I模塊簡介
TC35I模塊有40個引腳，通過一個ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)連接器引出。這40個引腳可以劃分為5類，即電源、數據輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。
單片機通過串口與TC35進行數據通信，通信速率為9600bps，采用8位異步通訊方式，1位起始位，8位數據位，1位停止位。TC35模塊輸入輸出的TTL正電平邏輯不是+5V，而是+2.8V左右，因此必要時加端口保護。
②、電源模塊
GSM模塊TC35I對電源的要求十分嚴格，模塊的工作電壓范圍為3.3～4.8V，推薦值為4.2V，當低于3.3V時，TC35I模塊將自動關機。模塊啟動時也需要很大的電流才可以啟動，否則模塊不能正常工作。基于上述，電源芯片的選擇采用LP3966-ADJ，該芯片可以滿足大電流的要求，可以達到3A的電流峰值，并且可以通過調節電阻R13使得輸出電壓有很大的變化范圍，電源輸出電壓值選擇4.2V。電源電路如圖2所示。
圖2
③、SIM模塊
TC35I模塊采用外接SIM，24～29為SIM卡引腳，SIM上的CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND通過SIM卡卡座與TC35I的同名端直接相連，ZIF連接座的CCIN引腳用來檢測SIM卡是否插好，如果連接正確，則CCIN引腳輸出高電平，否則為低電平。考慮到干擾的問題，通常在CCRST和CCVCC接兩個小電容與地相連。
SIM卡電路如圖3所示。
圖3
④、接口電平轉換
單片機的接口電壓為TTL電平，而TC35I模塊的數據口電壓為2.8V左右，因此在單片機與模塊進行串行通信時，不能直接相連，需要加端口保護電路，此部分電路采用74F07芯片實現端口電平的轉換。電路如圖4所示。
圖4
（2）點陣屏顯示模塊
LED點陣顯示屏是一種通過控制半導體發光二極管的顯示方式，用來顯示文字圖形等各種信息的顯示屏幕。
由于顯示多個漢字，需要多塊LED點陣塊，就需要采用級聯多只串并轉換器74HC595從而實現點陣的擴展。左圖是74HC595的引腳分布圖，各引腳功能為：
QA~QH: 并行數據輸出，即存儲器的數據輸出
QH’ 9 串行數據輸出
SCK 11 移位寄存器時鐘輸入
RCK 12 存儲寄存器時鐘輸入
G 13 輸出有效（低電平）
SCLR 10 主復位（低電平）
SER 14 串行數據輸入
74HC595是具有8位移位寄存器和一個存儲器，三態輸出功能。移位寄存器和存儲器使用獨立的時鐘。數據在SH_CP的上升沿輸入，在ST_CP的上升沿進入到存儲寄存器中去。如果兩個時鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲器早一個脈沖。移位寄存器有一個串行移位輸入端DS，一個串行輸出Q7’和第二片74HC595的DS連接實現多片擴展。OE是輸出使能端，該端為低電平時數據從74HC595寄存器內輸出到數據總線上。
②、行驅動電路原理
4線—16線譯碼器,可以實現地址的擴展。
引腳說明
1-11 13-17 ：輸出端。（outputs (active LOW)）
12：GND電源地 （ground (0 V)）
18-19：使能輸入端 (enable inputs (active LOW))
20-23：地址輸入端 (address inputs)
24：VCC電源正 (positive supply voltage)
8*8點陣由64個發光二極管組成，且每個發光二極管是放置在行線和列線的交叉點上。當點陣中的某一行置高電平，某一列置低電平，則該行列線交叉點的二極管就點亮。因此要實現某一列的發光二極管都點亮，則該列的列線上都應送上低電平，所有行線送高電平；若實現某一行的發光二極管都點亮，則該行的行線上都應送上高電平，所有列線送低電平，這一操作可以利用軟件掃描的方法來實現。
下圖為整體點陣模塊原理圖
（3）SD卡模塊
由于單片機內部儲存空間的局限性，無法將整個HZK16文件的內容全部存儲進去，所以我們考慮到利用SD卡來儲存漢字庫文件。這樣就可以通過單片機控制SD卡的讀寫將GSM無線數據模塊所收到的信息轉化為漢字顯示到點陣屏上。
單片機通過SPI口與SD卡模塊相連接，SD卡內部操作系統采用FAT32格式，所以，所有數據的讀寫均通過操作系統方式對SD卡內儲存的數據進行操作。
SD卡模塊的原理圖如下：
圖4
軟件分析：
系統軟件設計主要有四個功能:① 控制GSM 模塊; ②根據接收到的內容從SD卡的漢字庫文件中讀取字模數據; ③向點陣顯示模塊傳輸數據; ④協調各個顯示模塊同時更新顯示的數據。
圖5
系統主程序流程圖如圖5所示，初始化部分完成單片機的初始化和SD卡模塊的初始化操作，并且完成對TC35I模塊的啟動，完成模塊登錄到GSM網絡，使之進入待機狀態。通過AT指令對GSM模塊進行初始化設置，使之可以接收和發送短消息，控制中心（手機）發送控制命令，通過接收短消息子函數解析短消息內容，完成對顯示屏內容的改變。
根據主程序流程圖和實際軟件調試的步驟，系統軟件的調試分幾個模塊：調試點陣屏顯示程序、調試TC35I模塊實現正常收發短消息、調試SD卡模塊、調試各種編碼轉換。最終整合程序，完成主程序。
調試TC35I模塊主要是對AT指令的熟練運用，通過不同的AT指令對模塊進行設置，實現模塊可以和單片機正常通信，模塊自己識別指令完成收發短消息的操作，此時的短消息是傳輸不同命令的短信內容編碼轉換主要是綜合上面的小程序，其一漢字轉換成字符格式，這樣才可以實現對短消息的傳輸，短消息包括點陣屏所要顯示的漢字。其二把收到的短消息字符數據轉換成國標碼，這樣才能跟SD卡里所儲存的漢字庫文件中漢字想對應，完成漢字的顯示。
設計總結：
GSM作為國內通用移動通信網，具有其它通信方式不可比擬的優越性，通信范圍廣、傳輸數據可靠性高、短消息業務經濟實惠，是遠程無線數據傳輸系統比較好的數據傳輸方式，且GSM網覆蓋范圍廣，系統抗干擾能力強、通信誤碼率低。
本系統所設計的基于GSM 的無線LED 顯示屏系統,具有電路簡單,組裝、擴展容易方便,亮度高、整屏亮度均勻,無線傳輸距離可以任意遠近,運行費用低,可靠性高低等特點。但是，目前做出了電路板，但是還是有一定的不足，還有一些方面有待改進，考慮到實際場合的應用，電源的供應可以選擇蓄電池，也可以考慮使用太陽能作為系統的電源，這樣可以大大提高系統的實用性。
附件：
圖1、圖2為作品實物圖
圖1、作品實物圖
圖2、作品實物圖 |
