基于AVR的無線LED屏控制系統(tǒng)設(shè)計

　　3、 通信協(xié)議設(shè)計

　　由于本系統(tǒng)采用了GPRS 網(wǎng)絡(luò)的通信模式， 所以上位機(jī)設(shè)置一個LED 控制器管理平臺來管理所有的LED 控制器。這個LED 控制器管理平臺（即"上位機(jī)軟件"）通過TCP/IP 協(xié)議與LED 屏無線控制器進(jìn)行通信，而且可以同時控制多臺。上位機(jī)軟件與LED 屏無線控制器之間采用GPRS 方式進(jìn)行連接， 它們之間的連接關(guān)系如圖4 所示。

　　LED 屏無線控制器是客戶端， 其數(shù)據(jù)的收發(fā)通過上位機(jī)軟件控制。當(dāng)LED 屏控制器上電運(yùn)行后，會主動向上位機(jī)軟件建立連接并握手，登錄成功后，上位機(jī)軟件與LED 控制器才能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

　　上位機(jī)軟件與各LED 屏無線控制器之間通信協(xié)議是以TCP 協(xié)議為基礎(chǔ)協(xié)議， 并自定義了一個STCP協(xié)議層用于封裝PDU（數(shù)據(jù)單元）數(shù)據(jù)層協(xié)議。STCP 協(xié)議層只為PDU 的承載框架， 提供安全可靠的傳輸過程。通信網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)圖如圖5 所示。

圖5 通信網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)圖

　　在自定義的STCP 通信協(xié)議中，制定了一系列管理無線LED 顯示屏控制器的通信指令，主要為上位機(jī)軟件的編程提供具體的通信結(jié)構(gòu)和規(guī)范。通信包格式如表1所示：

表1 通信包格式

　　注：

　　完整數(shù)據(jù)長度： 整型字節(jié)（4 個字節(jié)長度），整個通信包的長度；

　　命令字： 根據(jù)無線LED 顯示屏控制器通信指令表，見表2;

　　顯式控制字： 0-無；1-上移；2-下移；3-左移；4-右移；5-靜止；6-閃爍；7-刪除；

　　數(shù)據(jù)內(nèi)容：需要顯示信息內(nèi)容；

　　校驗和： 全部數(shù)據(jù)累加校驗和；

　　根據(jù)無線LED 顯示屏控制器實際運(yùn)用需要，制定了發(fā)送、刪除、顯示、連接、斷開指令等。這些指令的代碼和主要作用如表2 所示。

表2 通信指令表

　　上位機(jī)軟件通過Internet 網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到無線LED 顯示屏控制器后，LED 顯示屏控制器需要對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。根據(jù)指令的不同，可以控制LED 顯示屏的顯示內(nèi)容及顯示模式（例如上移、下移、左移、右移、靜止、閃爍、刪除等）。

　　4 、軟件設(shè)計

　　本系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括兩部分： 上位機(jī)軟件和AVR 單片機(jī)的控制程序。上位機(jī)軟件完成與GPRS 模塊的通信， 控制LED 顯示屏上顯示的數(shù)據(jù)信息；AVR單片機(jī)的控制軟件主要完成系統(tǒng)初始化，GPRS 網(wǎng)絡(luò)連接，接收上位機(jī)發(fā)送的信息，分析接收信息內(nèi)容，完成指令， 并按需將發(fā)布信息轉(zhuǎn)換為點陣信息， 送到LED顯示屏進(jìn)行顯示。

　　4.1 AVR 單片機(jī)的控制程序

　　AVR 單片機(jī)的控制程序主要完成以下功能：連接GPRS 網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳輸、控制LED 屏顯示。

　?。?）初始化系統(tǒng)及SIM300 模塊，連接GPRS 網(wǎng)絡(luò)；（2）依照顯示屏控制器與上位機(jī)的通信協(xié)議，與上位機(jī)通信握手，接收指令，解析指令，并將顯示數(shù)據(jù)等信息存儲與處理；（3）通過串口驅(qū)動LED 屏，進(jìn)行信息的顯示等。

　　下面簡單介紹SIM300 模塊與上位機(jī)實現(xiàn)TCP/IP無線通信流程。

　　AT+CGDCONT=1,"IP","CMNET" --注冊中國移動網(wǎng)絡(luò)

　　OK

　　AT+CGCLASS? --顯示GPRS 信息移動的類型

　　+CGCLASS: "B"

　　OK

　　AT+CGATT? --GPRS 服務(wù)附加/分離

　　+CGATT: 1

　　OK

　　AT+CGACT=1,1 --環(huán)境激活

　　OK

　　AT +CIPSTART = "TCP","202.196.87.7","2020" -- 啟動

　　TCP 連接（上位機(jī)IP 地址及端口號）

　　OK

　　CONNECT OK --連接成功

　　AT+CIPSEND --通過TCP 發(fā)送數(shù)據(jù)

　　> HELLO

　　SEND OK --發(fā)送成功