【摘 要】 综合单片机、网络通信技术、远程视频技术, 提出了一种基于 R S2485 总线的主从分布式远程L ED 显示屏控制系统, 可实现对多显示屏的远程监控及显示内容的动态刷新, 并可将显示内容在 PC 机上进行预
览Λ 介绍了该系统的总体设计方案、软硬件构成, 并详细阐述了多L ED 显示屏的远程通信原理及实现方法Λ
【关键词】 L ED 显示屏; 主从分布式系统; R
S2485; 远程传输
L ED 电子显示屏系统[ 1 ]
, 是集微电子、计算
机、光电、信息处理技术一体的现代新技术Λ 它以
色彩鲜艳、寿命长、显示方式灵活多样、显示内容
容易修改等众多优点正被日益广泛应用于大型商
场、银行和交通等领域Λ
尽管目前L ED 显示屏的应用范围越来越广, 但是在应用中也暴露出一些新的问题, 如内容更
新必须要靠计算机完成; 作为控制的计算机离 L ED 显示屏有一定的距离限制 (一般不超过 10m ); 每台计算机一般只能控制一台L ED 显示
屏Λ 如果用户要求远程控制或多台控制则更难实
现Λ 另外, 由于每个系统中必须配一台计算机进行
控制, 使得系统的单体投资比较大, 维护管理费用
也比较高, 这一切都极大地制约了L ED 显示屏的
发展Λ笔者提出一种利用 PC 机和单片机的主从分
布式通信网络实现对多L ED 显示屏远程控制的可行方法Λ 该方法将位于L ED 显示屏的现场控制计
算机以专用的控制器代替, 再将多台显示屏控制器
通过R S2485 接口与集中控制的计算机相连, 可实
现对多显示屏的远程监控、显示内容动态刷新Λ
1 系统硬件设计
系统硬件主要包括 R
S2485 远程通信接口电
路、显示控制(接口板) 电路、显示驱动电路及电源
等, 其原理框图如图 1 所示: 由一台 PC 主机、N 块L ED 显示屏接口板、N 块L ED 显示屏(通常N ≤128) 及连接两者的远程通信接口电路共同组
成Λ PC 机主要完成以下功能:
·各显示屏显示内容的录入(或更新录入) 与 存储;
·与各台以单片机为控制核心的L ED 显示
屏控制器进行主从分布式网络通信, 实现对各显
示屏显示内容的实时控制;
·对显示屏内容(文字、图形等) 显示方式的
控制, 包括显示方式选择(包括静态、闪动、滚动、
打字等) , 滚动方向选择(包括上下滚动和左右滚
动) , 动态显示速度调节(包括文字闪动频率、滚动
速度、打字显示速度等)、显示预览等Λ
而接口板和L ED 显示屏共同组成L ED 显示 屏控制器Λ 接口板可实现对来自远程 PC 机的数 据及控制命令的实时转发Λ它包括两个单片机: 接 收单片机用于控制双口 RAM 的接收, 发送单片 机则把双口 RAM 内的数据传输给显示屏, 从而 完成该显示屏内容的实时更新Λ同时, 由于 PC 机 和各接口板内的接收单片机采用的是主从式通信 网络, 所以一台 PC 机可以同时实现对N 台显示 屏的远程实时监控, 实现了对整个L ED 显示控制 系统的集中管理和最优控制Λ
1. 1 通信接口电路
PC 机与各接口板(接收单片机) 间采用分布
式网络结构, 并采用 R S2485 标准总线[ 2 ]Λ R S2 485[ 3 ]是 E IA 在 1983 年公布的新的平衡传输标
准, 是工业界使用最为广泛的双向、平衡传输线标
准接口Λ 它以半双工方式通信, 支持多点连接, 允
许创建多达 128 个节点的网络, 且具有传输介质
简单、传输距离远(最大传输距离为 1 200 m )、传
输速度快 (1 200 m 时 100 Kbp s)、抗干扰能力强
等优点Λ 其连接方法如图 3 所示Λ
为了充分利用 PC 机自带的 R S2232 串口, 专 门制作了一块 R S2232?R
S2485 通信转换卡, 接在PC 机 R S2232 串口和带 R S2485 接口的接口板之
间Λ
R S2232?R S2485 通信转换卡工作原理如图 2 所
示Λ 它
主 要 包 括 两 次 电 平 转 换: 先 通 过 M A X232 把 R S2232 的负逻辑电平转换为正逻辑 的 T TL 电平; 再 通 过 R S2485 总 线 驱 动 芯 片 SN 75176 把 T TL 电平变成平衡的R
S2485 电平Λ
1. 2 接口板电路
接口板电路原理框图如图 1
(b) 所示Λ要实现
对来自远程 PC 机的数据、控制命令的实时转发, 从理论上来说, 采用一个单片机也是可能的, 而现
有的许多设计中也采用此法Λ但其矛盾在于: 由于
单片机本身的局限, 要让它分时完成多项工作, 包
括显示扫描、串行通信、数据处理等等, 将很大程
度上影响其数据处理的效果和能力, 特别是无法
有效地控制大面积L ED 显示屏Λ为了使该系统对
各种规模的L ED 显示屏均能进行有效控制, 我们
设计了该双机接口板电路Λ 把 R S2485 串行通信
和数据处理的任务交给接收单片机, 而显示扫描
则由发送单片机来完成Λ 为了让这两个单片机共
享一组显示缓冲区, 我们采用了美国 ID T 公司的 ID T 7132 单片双口RAM 来解决两个单片机同时
对显示缓冲区进行读写时的冲突问题Λ
1. 3 显示控制和驱动电路
L ED 显示屏的控制和驱动电路[ 4 ]框图如图 1 (b) 所示Λ 整个电路由发送单片机 89C51、列驱动
电路ULN 2803、行驱动电路 T IP112、移位寄存器 4096 及附属电路组成Λ该电路的显示采用逐行扫
描方式Λ工作时, 由单片机从缓冲区取出第一行需
要显示的点阵数据, 再由列点阵数据输入端按位
依次串行输入至列移位寄存器, 其数据输入的顺
序与显示内容的顺序相反Λ然后, 让行点阵选通端
使能, 从而使列移位寄存器中的数据同时并行输
出以选通该行Λ经延时一段时间后, 再进行下一行
点阵数据的显示, 通过不断的逐行扫描来实现字
符或简单图形的显示[ 5 ]Λ
2 系统软件设计
本系统是以 R S2485 为主协议的主?从总线
方式通信网络[ 6 ] , 由一台 PC 主机和若干从机 (1 ～N # L ED 显示屏控制器) 组成, 由 PC 进行分散
控制集中管理Λ PC 与各从机可以相互通信, 但各
从机之间不能直接相互通信Λ为了保证实时性, 又
要避免总线冲突, 采用了主从式的定时轮询管理
方式, 通过严格的时间控制, 可满足各个从机对实
时性的要求Λ
具体工作原理是: 主机从 1 号从机(即 1 号接 收单片机) 开始依次向各从机发出一个含有从机 地址的命令, 所有从机判断是否呼叫自己Λ只有被 呼叫的从机根据这个信息的命令代码执行相应的操作, 并返回相应的应答信息(其余的从机仍继续
自己的工作) Λ以此类推, 直到各个从机轮询一次, 再重新开始新一轮查询Λ可见, 主机是实现系统分
布式控制工作、集中管理的核心Λ它除了要对各显
示屏需显示的内容进行编辑、更新录入、屏幕预
览、保存外, 更要与一系列的从机进行有效通讯, 确保数据能实时传给各从机, 再在对应的L ED 显
示屏上实时显示出来Λ
屏上实时显示出来Λ 因此, 本系统的软件主要包括两大部分: PC 机控制软件和下位机控制软件
2. 1 PC 机控制软件流程图
其中, 参数设置模块主要负责从机登录处理、 显示屏巡检间隔时间、报表打印起止时间等设置Λ 从机登录处理是指主机对从机进行联网登记并分
配一个唯一的地址Λ它有自动和手动两种方式: 前
者是把仪表网络上的从机地址以文件形式存盘, 待主机开机时, 即可依此文件自动开始顺序访问 (即完全巡检); 后者是在程序功能选项中选中“人
工登录”后, 根据现场需要从本网络的从机地址表
中选择某些从机进行访问 (此时对应为“部分巡
检”) Λ
显示内容录入?更新模块主要负责以下任务:
(1) 根据现场需要, 进行各显示屏各自显示内容的
录入或更新; (2) 对各显示屏内容的显示方式进行
控制, 包括显示方式选择(包括静态、闪动、滚动、
打字等) 滚动方向选择 (包括上下滚动和左右滚
动) , 动态显示速度调节(包括文字闪动频率、滚动
速度、打字显示速度等) , 显示预览等Λ
2. 2 显示屏控制器(从机) 软件设计
显示屏控制软件要实现的主要功能为: 与上
位 PC 机进行 R S2485 远程通信, 接受 PC 机的远
程控制命令和更新信息; 将该信息迅速反馈给显示屏, 实现显示屏内容的远程实时更新Λ此功能主
要通过对接收单片机和发送单片机的编程实现Λ 其中接收单片机负责与远程 PC 进行串口通信, 接收 PC 传来的显示数据及显示方式控制指令, 并存入双口 RAM 内, 检测到数据传输结束后, 发
控制信号给发送单片机, 随后程序返回监控状态, 继续监控有无来自 PC 的数据及命令Λ 发送单片
机则主要负责从双口 RAM 内读数据, 并通过串
行口发数据到显示屏Λ 因这两部分软件设计相对
简单, 故不作具体介绍Λ
3 结 论
设计了基于 R S2485 通信网络的多L ED 显
示屏远程控制系统, 实现了对分布于不同地点的 L ED 显示屏进行远程(1 200m 以内) 集中控制与
各显示屏显示内容的实时刷新, 使得信息的传播
更加迅速、丰富, 传播距离更远, 控制成本大大降
低, 具有较高的应用价值Λ