GPRS与STC单片机的LED显示屏控制系统设计

苏州高等职业技术学校 倪丽惠

LED显示屏属于一种全新型的电子产品，目前得以广泛应用，甚至在我们意识不到的时候，LED显示已经成为了我们日常生活的一部分。我们周围有很多不同的地方，比如机场、大型商场、运动场和广告牌，每天都可以看到它们，本文主要讨论的是基于GPRS与STC单片机的LED显示屏控制系统设计，希望能对LED显示屏的发展设计提供一些帮助。

1 传统电子显示屏

传统电子显示屏的内容由PC机通过数据线发送，传动信息不方便并且只适用于短距离信息的传送，不到1km，实际使用时可能不止这点距离，所以在使用时多有不便；选择脱机屏不方便进行信息管理与存储，需要更换芯片，会造成不必要的人力物力的浪费；选择连机屏虽然方便进行实时监控和管理，但是通信线的费用比较高，一般和信息显示屏与上位机的距离成正比，所以也是一个很令人头疼的问题。

1.1 传统电子显示屏的控制方式

根据不同需求，人们根据不同的控制方式对LED平面系统进行开发，以往的包含有以下几点：（1）单片机控制：操作相对比较简单，同时费用低廉，然而对内容修改和显示方法的编辑较为麻烦，使用起来不是很便利；（2）计算机控制：功能性较强，主要依赖于计算机强大的软件功能，方便编辑，还可以进行数据的储存处理，但是成分费用高，并且不便于日常的维护；（3）红外遥控：控制起来较为灵活，并且不受机器限制，然而没有办法从本质上对LED屏幕予以有效控制。

显示屏系统主要由计算机、控制电路和LED屏三部分组成，如图1所示。

图1 传统LED屏控制系统

1.2 传统的实现方式存在的问题

（1）数据通信问题

传统的显示屏发展中遇到的主要问题就是数据的传输问题，由于便于操作，且成本低，但是抗干扰性差，通讯效率低，尤其是传输率相对较低。目前，在数据传输领域当中网络以及无线传输是当中的热点，在局域网当中最为常见的就是以太网，其成本较为低廉，可靠性高，但是不足之处为维护性相对较差，同时铺设距离相对比较高。

（2）可维护性问题

因为受到通信方式所带来的限制，对LED屏幕以及计算机的控制还有着较高的要求，一台计算机只可以控制一个显示屏，还需要专人进行监管，人力成本高，同时按照具体情况对控制方案进行设计，对施工现场的员工需求较大，因此，可以表明，目前的LED屏幕在控制系统这一方面的不足，为了能够将上述不足予以有效解决，主要采取GPRS进行解决。

2 基于GPRS与STC单片机的LED显示屏控制系统

控制系统可分为视频处理器和视频控制系统两大部分，分别是硬件和软件。

如图2所示，本系统主要由GPRS模块、单片机模块和LED显示屏模块三个部分组成。

图2 硬件设计框图

2.1 GPRS模块

GPRS的模块短信收发和无线上网的功能，实现LED屏数据的无线传输。

（1）系统方案设计

无线LED广告发布系统主要分为三个部分，用户端对通信与显示端当中的数据发送予以负责，CPRS模块采集相关数据以后，由单片机进行控制，同时予以检验以及审核，而且将采集到的信息利用串口发送到屏幕当中予以显示。如图3所示。

图3 系统方案框图

（2）系统软件实现

软件一共分为两个部分，其中包括有PC端以及显示端，GPRS模块驱动层等，上层函数如果想要真正予以实现必须要利用底层函数，进而完成整个传送数据。

PC段程序大部分为三线程结构，显示端程序包括LED显示程序以及GPRS模块程序，当中前者包括串口通讯协议、程序以及处理效果，后者主要是把显示缓存当中的内容输送到驱动模块的显示屏当中。

2.2 单片机模块

在处理器的选择上，此单片机价格低廉、功能强大、使用简单方便，并且RAM足够大，而且内部的数据可以被储存在FLASH中，即使遇到意外也不会导致数据丢失，十分便利。

（1）主要功能

单片机的功能大部分是把已有的屏显示数据传送到LED屏幕，并且利用串口发送AT指令，对GPRS模块有无新的消息进行监视，如果有，便会进入串口中断，对数据采取相对应的处理措施。

（2）设计思路

一个电器设备的电路设计方法很重要，这决定着这个设备是否具有效果，能否对人们的工作起到帮助，所以工作人员在工具的电路设计上都尤为注意，这也是影响到设备质量的因素。而在单片机的LED显示屏的控制电路设计环节中，就要更要注意其设计方法。它的显示屏主要是由16×16点阵的组合模块构成，有4个这样的模块，而每个模块内又有4个8×8点阵的小模块构成，因此用户就可以根据实际的情况做出调整，可以进行扩展多个任意模块。

（3）程序设计

当单片机的LED显示屏控制电路设计方法和工作原理都了解后，就可以绘制控制程序的流程图，编程后利用软件进行调试就能产生目标代码文件，这就是程序设计的主要内容。

2.3 优缺点分析

优点：（1）耗电量相对较少，有效节约能源，LED采取的低压电压，在公共场合较为适用；（2）应用寿命相对比较长，性能趋于稳定，一共为十万个小时；（3）成本相对比较低廉；（4）模组化射界，安装以及维护相对较为便捷，可以带电进行维护；（5）亮度相对较高，视角相对较大，可视距离相对较远；（6）对环境不会造成污染，不存在金属汞。

缺点：（1）亮度不足，有的LED显示屏为追求高亮度，会加剧光污染的严重性；（2）LED色差问题。主要表现在难以保证LED显示屏的色彩还原性和逼真性；（3）LED显示控制芯片。由于芯片的技术还不是很成熟，所以还需要在研究开发方面投入更多的精力和资金；（4）散热性。如果散热系统没有设计好将很可能导致集成电路工作出现问题，造成整个系统没有办法正常工作。

2.4 LED显示屏的屏幕结构

LED显示屏屏幕包含了几个不同的组件，它们共同工作，把收到的信息内容内容带给观众。和机动车一样，它们也有不同的形状和大小，但都有相同的基本部件。无论在室内外，LED显示屏都是由独立的LED显示屏构成。发光二极管面板包括机架、电源、收发卡及LED模组。每一个模块包括二极管、驱动IC和PCB。

发光二极管面板互相连接，产生相互连接的发光二极管。控制台接收内容，并向LED面板发送信号。若来源内容和显示的宽高比不同，则需要根据来源和控制器对内容进行调整。

小结：本文主要对传统的显示屏控制结构做出简介，并在此基础上对基于GPRS网络与STC单片机的LED显示屏的控制系统做出了简述，分析了其优缺点，该控制系统灵活简单，并且制作成本低。LED显示屏仍要经过很长一段时间的发展，例如在单片机的选择方面，可以有更加灵活的选择，已经有相关研究人员对此做出了研究阐述，相信在不远的未来，随着科学技术的不断发展进步，LED显示屏经过发展改善能得到更好的普及应用。