CN102289359A

CN102289359A - 基于ZigBee的无线LED显示屏控制系统

Info

Publication number: CN102289359A
Application number: CN2011101857672A
Authority: CN
Inventors: 潘庭龙; 孙承奇; 杨云滨; 周亮亮
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2031-07-05
Also published as: CN102289359B

Abstract

本发明涉及一种基于ZigBee的无线LED显示屏控制系统，包括上位机与下位机，上位机包括编辑显示节目的PC机，下位机包括与LED显示模块连接的基于ZigBee的无线LED显示屏控制卡。所述无线LED显示屏控制卡包括：CPU（ARMLPC2214）、ZigBeeRF收发器（CC2520）、驱动模块、存储器扩展模块以及其他基本电路。上位机与下位机实现无线数据传输。其优点是：数据通过无线传输，减少了布线成本，而且可以克服在野外或特殊的不方便布线的地方无法传输数据的困难，扩大了LED显示屏运用的范围，LED显示屏控制卡采用32位的嵌入式微控制器，控制卡作为无线通信网络中的全功能设备，可方便实现系统的自组网。

Description

基于ZigBee的无线LED显示屏控制系统

技术领域

本发明涉及一种LED显示屏控制系统，特别是一种基于ZigBee的无线LED显示屏控制系统。

背景技术

尽管目前LED显示屏的运用范围越来越广，但在运用中暴露出一些问题，在LED显示屏信息的传送方式上，现有的有线数据传送已不能满足技术上和经济上的要求；无论是在高速公路上，还是机场、码头、大厦、广场上的大型LED显示屏，都带有长长的电缆或光缆，不仅曾加了费用，而且容易在通信上造成故障；特别是在野外或是一些特殊的不适宜布线的场合更显出传统技术的局限性。而现有的无线传输方法，在实现显示屏系统之间的信息共享方面存在困难。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于ZigBee的无线LED显示屏控制系统。实现了数据的无线传输，节约了布线成本，系统更可适用于野外或特殊的不适宜布线的场合。

按照本发明提供的技术方案，所述基于ZigBee的无线LED显示屏控制系统包括上位机与下位机，上位机包括通过串口连接的编辑显示节目的计算机和ZigBee收发模块，下位机为无线LED显示屏控制卡；所述无线LED显示屏控制卡包括：CPU、ZigBee RF收发器、驱动模块、存储器扩展模块，所述CPU分别连接所述ZigBee RF收发器、驱动模块、存储器扩展模块，所述驱动模块的输出连接LED显示模块；所述上位机与下位机通过ZigBee收发模块和无线LED显示屏控制卡进行无线通信。所述无线LED显示屏控制卡包括多块，作为不同的节点实现自组网。

所述下位机还包括其他基本电路即电源模块和晶振电路，其中电源模块为CPU、ZigBee RF收发器、驱动模块和存储扩展模块提供电源；晶振电路则为CPU提供工作信号脉冲；在CPU外部通过数据线和地址线扩展了存储器模块，包括一片Flash芯片和一片SDRAM芯片，用于程序存储和显示数据存储；所述下位机通过ZigBee RF收发器接收上位机发送过来的编辑好的节目信息，按一定顺序存储到SDRAM，当要显示时再从SDRAM中按一定顺序取出送到驱动模块。所述驱动模块包括多片型号为74HC245D的驱动芯片。

所述上位机与下位机的无线通信，是通过自定义的系统通信协议来实现上位机对下位机LED显示屏控制卡的正确控制，本系统中上位机发送的信息包括控制信息和显示信息，发送的控制信息为15个字节的数据，其中第1个字节为下位机编码、第2个字节为信息类型、第3~6个字节为LED显示屏屏高、第7~10个字节为LED显示屏屏宽、第11个字节为显示格式、第12个字节为字符颜色、第13~15个字节为显示速度；发送的显示信息，仍然以下位机编码和信息类型起始，确定是显示信息后，后面接收的都为显示信息的数据，接收到显示信息后按一定顺序存储到SDRAM中实现连续接收。

所述CPU采用32位的嵌入式微控制器ARM LPC2214，将ARM LPC2214的低16位数据线连接到两片型号为74HC245的驱动芯片输入端，驱动芯片输出红色列信号R1~R8和绿色列信号G1~G8的输出端；将ARM LPC2214的P0.0~P0.3、P0.23~P0.25引脚连接到另一片型号为74HC245的驱动芯片输入端，驱动芯片的输出分别作为行扫描信号、数据锁存信号RCK、串行数据移位信号SCK和74HC138片选信号OE；利用ARM LPC2214的SPI接口包括SCK1、MISO1、MOSI1、SSEL1与ZigBee RF收发器连接，实现数据的传送，ARM LPC2214的P0.4~P0.9引脚与ZigBee RF收发器的6个GPIO引脚连接实现ZigBee芯片状态的观察和控制；ARM LPC2214与型号为IS61LV25616 的Flash和型号为AT49BV163的SDRAM芯片通过数据线和地址线连接实现存储器扩展。

所述ZigBee RF收发器采用TI公司的ZigBee射频收发器CC2520，CC2520与ARM LPC2214通过SPI接口连接，具体是ARM LPC2214的P0.17~P0.20引脚分别与CC2520的SCLK、SI、SO、SCn引脚连接，SCn为使能信号输入端，SCLK为时钟信号输入端，SI和SO用作数据的输入输出端；除了SPI接口外CC2520的6个GPIO引脚分别与ARM LPC2214的P0.4~P0.9引脚连接，用于CPU观察CC2520的状态和发送特定的命令；ARM LPC2214的P2.29引脚与CC2520的RESETn引脚连接，用于CPU控制CC2520的复位工作；ARM LPC2214的P2.28引脚与CC2520的VREG_EN引脚连接，用于控制CC2520的芯片工作模式，不同的设置决定CC2520工作在不同的低功耗模式下；CC2520的第15、18、21引脚均不连。

所述LED显示屏控制卡与上位机的无线信息传输是通过ZigBee技术实现的，且控制卡采用的CPU为32位的嵌入式微控制器，该控制卡完全可以作为无线通信网络中的全功能设备，既可以担当网络设备中的网络协调器和路由器，又可以是终端设备，控制卡上电初始化后，经过网络初始化、主节点配置网络、从节点加入网络三个过程可实现自组网。

本发明的优点是：上位机PC与下位机LED显示屏控制卡的数据传输是通过ZigBee无线技术实现的，可适用于在野外或是特殊的不方便布线的地方，适应性更强；下位机显示屏控制卡的CPU采用32位的嵌入式微控制器LPC2214，数据处理速度快，显示的内容更丰富，并且控制卡可以作为无线通信网络中的全功能设备，可以担当网络协调器和路由器，所以各LED显示屏控制卡之间可以方便的实现自组网，在网络范围内可以实现信息的传递和共享，并且一个LED显示屏控制卡损坏后不会影响其他LED显示屏控制卡的工作。

附图说明

图1是本发明系统结构框图。

图2是无线LED显示屏控制卡结构框图。

图3是ZigBee RF收发器与CPU连接的原理图。

图4是上位机与下位机无线LED显示屏控制卡的系统通信协议编码表。

图5是无线LED显示屏控制卡硬件原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：本发明包括上位机与下位机，上位机中编辑显示节目的计算机通过串口连接ZigBee收发模块，下位机基于ZigBee的无线LED显示屏控制卡连接LED显示模块，LED显示模块包括多块LED单元板和电源模块。如图2所示，LED显示屏控制卡包括：CPU、ZigBee RF收发器、驱动模块、存储器扩展模块以及其他基本电路。所述CPU分别连接ZigBee RF收发器、驱动模块、存储器扩展模块，所述驱动模块的输出连接LED显示模块。上位机与下位机通过ZigBee收发模块和无线LED显示屏控制卡进行无线通信。其中下位机LED显示屏控制卡可以有多块，作为不同的节点实现自组网。

所述其他基本电路主要包括电源模块和晶振电路等，如图5所示，其中电源模块为CPU、ZigBee RF收发器、驱动模块和存储扩展模块提供电源，电源模块分别由LM1117-3.3和LM1117-1.8输出3.3V和1.8V的数字电压，由于ZigBee RF收发器供电的需要，通过磁珠CBG201209U151B将数字电压转换为模拟电压，通过一个0.1uF的圆片电容将数字地转换为模拟地；晶振电路则为CPU提供一定的工作信号脉冲；由于程序存储和显示数据存储的需要，在CPU外部通过数据线和地址线扩展了存储器，包括一片型号为IS61LV25616 的Flash和一片型号为AT49BV163的SDRAM；所述下位机通过ZigBee RF收发器接收上位机发送过来的编辑好的节目信息，按一定顺序存储到SDRAM，当要显示时再从SDRAM中按一定顺序取出送到驱动模块；所述驱动模块主要由多片驱动芯片74HC245D组成。

CPU采用32位的嵌入式微控制器ARM LPC2214，在本系统中，主要应用LPC2214强大的I/O口功能和SPI接口功能来接收和驱动显示数据，其中，将ARM LPC2214的低16位数据线连接到两片型号为74HC245的驱动芯片输入端，驱动芯片输出红色列信号R1~R8和绿色列信号G1~G8的输出端；将ARM LPC2214的P0.0~P0.3、P0.23~P0.25引脚连接到另一块型号为74HC245的驱动芯片输入端，驱动芯片的输出分别作为行扫描信号、数据锁存信号RCK、串行数据移位信号SCK和74HC138片选信号OE；利用ARM LPC2214的SPI接口包括SCK1、MISO1、MOSI1、SSEL1与ZigBee RF收发器连接，实现数据的传送，ARM LPC2214的P0.4~P0.9与ZigBee RF收发器的六个GPIO引脚连接实现ZigBee芯片状态的观察和控制。

如图3所示：无线传输模块采用ZigBee RF收发器与ARM LPC2214通过SPI接口连接组成，ZigBee RF收发器采用TI公司的二代ZigBee射频收发器CC2520，具体连接是LPC2214的P0.17~P0.20引脚分别与CC2520的SCLK、SI、SO、SCn连接，SCn为使能信号输入端，SCLK为时钟信号输入端，SI和SO用作数据的输入输出端；CC2520的6个GPIO引脚分别与LPC2214的P0.4~P0.9引脚连接用于CPU观察CC2520的状态和发送特定的命令；另外还有LPC2214的P2.29引脚与CC2520的RESETn引脚连接，用于CPU控制ZigBee收发器的复位工作；LPC2214的P2.28引脚与CC2520的VREG_EN引脚连接用于控制CC2520芯片的工作模式，不同的设置决定CC2520工作在不同的低功耗模式下，AVDD1~AVDD5和AVDD_GUARD接3.3V模拟电源，DVDD接3.3V数字电源，AGND接模拟地，RF_N和RF_P的连接如图3所示，TL1~TL3为抗电磁干扰磁珠，CC2520的15引脚、18引脚和21引脚均不连。

整个下位机LED显示屏控制卡的详细硬件原理图如图5所示，各引脚之间通过网络号连接。

上位机PC与下位机LED显示屏控制卡通过自定义的系统通信协议进行通信。本系统中上位机发送的信息包括控制信息和显示信息，其中发送的控制信息为15个字节的数据，包括下位机编码、信息类型、屏高、屏宽、显示格式、字符颜色和显示速度，如图4所示，第一个字节为下位机编码，可以有256个不同的编码实现控制255个下位机，当下位机接收到上位机发送的信息时，首先取出第1个字节与自身编码比对，若相同则此信息为本台LED显示屏控制卡的信息，若不同则舍弃准备接收下一条信息，第2个字节为信息类型，若为字符‘K’就说明此信息为控制信息，第3~6个字节为显示屏屏宽，第7~10个字节为显示屏屏高，第11个字节为显示格式，包括‘S’或‘H’或‘V’分别表示显示格式为静态显示、水平移动显示和垂直移动显示，第12个字节为字符颜色，包括 ‘R’或‘G’或‘Y’分别表示，显示字符颜色为红色、绿色和黄色，第13-15个字节数据为显示速度控制数据，主要是改变动态显示时每场显示次数，来改变动态显示的移动速度；发送的显示信息，仍然以下位机编码和信息类型起始，第1个字节为下位机编码，第2个字节为信息类型，若为字符‘I’就说明此信息为显示信息，则后面接收的都是显示信息的数据，接收到显示信息后按一定顺序存储到SDRAM中实现连续接收。

当上位机与下位机能正常通信后，由多台下位机可以实现自组网；首先控制卡上电硬件初始化，经过延时后，首先搜索其通信范围内是否存在网络，如果找到网络，控制卡根据所获得的网络信息，选定一个主节点同时发送入网请求，并等待主节点的请求响应；如果没有找到任何网络，控制卡将自己声明为PAN网络协调器建立网络，发送广播信标帧，同时作为主节点接收从节点的入网请求；主节点收到一个网络请求后，将根据请求信息决定是否允许加入网络的判断，若允许加入，主节点将发送请求响应给从节点，从节点收到请求响应后，将获得主节点给它分配的一个网络地址作为网络内的唯一身份标识，该节点成功加入网络；如此就可以实现自组网，在通信范围内实现无线数据传输。

本发明具有以下特点：所述基于ZigBee的无线LED显示屏控制系统分为上位机和下位机两部分，两者之间主要通过基于ZigBee技术的无线网络进行通信。上位机用来编辑LED大屏幕需要显示的内容，界面人性化，操作方便；这些内容通过ZigBee无线网络发送到下位机；下位机由32位的嵌入式芯片LPC2214作为主控制器，配合ZigBee芯片CC2520组成无线收发模块，可以方便的实现自组网；由于系统采用ZigBee无线技术作为通信方式，就减少了布线成本，而且适用于野外或特殊的不方便布线的地方使用，扩大了LED显示屏的运用范围。

Claims

1.基于ZigBee的无线LED显示屏控制系统，包括上位机与下位机，其特征是：上位机包括通过串口连接的编辑显示节目的计算机和ZigBee收发模块，下位机为无线LED显示屏控制卡；所述无线LED显示屏控制卡包括：CPU、ZigBee RF收发器、驱动模块、存储器扩展模块，所述CPU分别连接所述ZigBee RF收发器、驱动模块、存储器扩展模块，所述驱动模块的输出连接LED显示模块；所述上位机与下位机通过ZigBee收发模块和无线LED显示屏控制卡进行无线通信。

2.如权利要求1所述基于ZigBee的无线LED显示屏控制系统，其特征是所述无线LED显示屏控制卡包括多块，作为不同的节点实现自组网。

3.如权利要求1所述基于ZigBee的无线LED显示屏控制系统，其特征是所述下位机还包括电源模块和晶振电路，其中电源模块为CPU、ZigBee RF收发器、驱动模块和存储扩展模块提供电源；晶振电路则为CPU提供工作信号脉冲；在CPU外部通过数据线和地址线扩展了存储器模块，包括一片Flash芯片和一片SDRAM芯片，用于程序存储和显示数据存储；所述下位机通过ZigBee RF收发器接收上位机发送过来的编辑好的节目信息，按一定顺序存储到SDRAM，当要显示时再从SDRAM中按一定顺序取出送到驱动模块。

4.如权利要求1所述基于ZigBee的无线LED显示屏控制系统，其特征是所述驱动模块包括多片型号为74HC245D的驱动芯片。

5.如权利要求1所述基于ZigBee的无线LED显示屏控制系统，其特征是所述CPU采用32位的嵌入式微控制器ARM LPC2214，将ARM LPC2214的低16位数据线连接到两片型号为74HC245的驱动芯片输入端，驱动芯片输出红色列信号R1~R8和绿色列信号G1~G8的输出端；将ARM LPC2214的P0.0~P0.3、P0.23~P0.25引脚连接到另一块型号为74HC245的驱动芯片输入端，驱动芯片的输出分别作为行扫描信号、数据锁存信号RCK、串行数据移位信号SCK和74HC138片选信号OE；利用ARM LPC2214的SPI接口包括SCK1、MISO1、MOSI1、SSEL1与ZigBee RF收发器连接，实现数据的传送，ARM LPC2214的P0.4~P0.9引脚与ZigBee RF收发器的6个GPIO引脚连接实现ZigBee芯片状态的观察和控制；ARM LPC2214与存储器模块通过数据线和地址线连接实现存储器扩展。

6.如权利要求1所述基于ZigBee的无线LED显示屏控制系统，其特征是所述ZigBee RF收发器采用TI公司的ZigBee射频收发器CC2520，CC2520与ARM LPC2214通过SPI接口连接，具体是ARM LPC2214的P0.17~P0.20引脚分别与CC2520的SCLK、SI、SO、SCn引脚连接，SCn为使能信号输入端，SCLK为时钟信号输入端，SI和SO用作数据的输入输出端；除了SPI接口外CC2520的6个GPIO引脚分别与ARM LPC2214的P0.4~P0.9引脚连接，用于CPU观察CC2520的状态和发送特定的命令；ARM LPC2214的P2.29引脚与CC2520的RESETn引脚连接，用于CPU控制CC2520的复位工作；ARM LPC2214的P2.28引脚与CC2520的VREG_EN引脚连接，用于控制CC2520的芯片工作模式，不同的设置决定CC2520工作在不同的低功耗模式下；CC2520的第15、18、21引脚均不连。

7.如权利要求1所述基于ZigBee的无线LED显示屏控制系统，其特征是所述无线LED显示屏控制卡在无线通信网络中既能够担当网络设备中的网络协调器和路由器，又能够作为终端设备；无线LED显示屏控制卡上电初始化后，经过网络初始化、主节点配置网络、从节点加入网络三个过程可实现自组网。

8.如权利要求1所述基于ZigBee的无线LED显示屏控制系统，其特征是所述上位机与下位机的无线通信，是通过自定义的通信协议来实现上位机对下位机无线LED显示屏控制卡的正确控制；上位机发送的信息包括控制信息和显示信息；控制信息为15个字节的数据，其中第1个字节为下位机编码、第2个字节为信息类型、第3~6个字节为LED显示屏屏高、第7~10个字节为LED显示屏屏宽、第11个字节为显示格式、第12个字节为字符颜色、第13~15个字节为显示速度；所述显示信息仍然是第1个字节为下位机编码、第2个字节为信息类型，确定是显示信息后，后面接收的都为显示信息的数据。