信息屏信息的在线修改方法研究与实现

【摘要】 信息屏作为信息显示终端,广泛应用于商贩经销店、银行、中小型企业等门头,以及公交车、出租车等移动设备。信息屏系统通常由控制终端、传输介质及显示终端三部分组成,控制终端多为PC机或嵌入式装置,不仅成本高,而且PC机作为控制终端时体积大、便携性差,整个信息屏系统的信息实时修改性能不足。传输方式多用有线式或无线式,RS232/RS485有线式传输布线繁琐、安装不便,而以U盘为传输介质的传输方式信息无法实时修改,以GSM短消息或GPRS网络实现的无线传输方式又增加了信息屏系统的安装和使用成本。诸多原因,导致信息屏的普及受到了极大的限制。针对现行信息屏系统存在的不足,本课题首先提出了以集信息编辑、处理与发送为一体的集成式装置为基础,结合具有信息接收与显示功能的显示终端,实现信息屏信息实时修改的方法。通过该方法提高控制终端便携性,实现信息实时修改,降低信息屏使用成本,解决现有信息屏系统使用中存在的不足。然后基于信息屏信息实时修改方法,设计并制作了由控制终端、显示终端构成的信息屏信息在线修改系统。控制终端采用便携式手持装置结构形式,硬件方面上进行了以单片机为核心,连接flash芯片、连接小型LCD屏及小型键盘、连接无线模块的电路设计,软件方面进行了字库存储、信息编辑模块、信息处理模块及信息发送模块四部分的程序设计与编写,实现了信息编辑与发送功能；显示终端硬件部分以单片机为核心,进行了连接无线模块和连接信息屏的电路设计,软件部分进行了信息接收模块以及信息显示模块两部分的程序设计与编写,实现了信息的接收与显示功能；控制终端和显示终端之间的信息传输采用一对多无线式传输,实现了单一控制终端可修改多个显示终端显示信息的功能。最后对设计制作的信息屏信息在线修改系统进行了组装,获得了尺寸约为22cm*l Ocm*4cm的控制终端以及两个显示终端；基于该系统进行了实际测试,测试结果表明：该信息屏信息在线修改系统能够利用便携式手持控制终端,实现信息的编辑、发送功能；两个显示终端均能分别正确判断、正确接收、正确显示来自控制终端的对应信息；控制终端能够分别对两个显示终端进行对应信息的实时修改。从而验证了本课题提出的信息屏信息在线修改方法的可行性,相比于现行信息屏系统,所获得系统的成本、便携性、信息、修改的实时性得到了明显的改盖 

第1章绪论

1.1课题背景
LED信息显示屏（下文简称信息屏）由LED点阵组成，通过控制发光二极管的亮灭来显示文字、图片、动画、视频。因其亮度高、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点⑴，广泛应用于军事、政府、金融场所以及日常生活中。LED产生于上世纪20年代，而信息屏产业新兴于70年代，最早开始用于指示灯、数字及图文的显示，虽然具有颜色和发光率的限制因素，但仍受到各行业的青睐。进入90年代，随着信息产业的不断发展，对信息屏的显示要求也随之增长，90年代初日本东芝公司及美国HP公司都针对颜色及发光率进行研宄，并成功研制了澄色高亮度LED，94年日本日亚公司研制成蓝(绿)色超高亮度LED。与此同时，在控制领域，也实现了信息屏的多灰度级别调灰，使得信息显示更具动态效果。多种颜色、多灰度级别、高亮度LED的问世有力地推进了信息屏的高亮度、全色化及大型化，而信息屏制造商如富士通、松下、光幕等公司投入大量资源研制开发适用于自己产品的大规模/超大规模驱动集成电路[3]，也使得信息屏显示更为多元化。我国LED起步于70年代，信息屏产业出现于80年代1982年国内第一块信息屏在南京火车站投入使用[18]，但由于当时LED材料限制，发光亮度较小，外加技术限制，控制及驱动电路不够成熟，使得显示效果差，故障率高。随着技术的不断发展，目前，全国约有150多家企业致力于研制及生产信息屏[18]，其中，大部分企业除了继续从事提高LED发光亮度、降低工作功耗和生产成本等基础研究外，更注重于高真彩、高分辨率、高对比度、全色化等方向的发展。
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1. 2课题研究意义
信息屏及其配套设备构成完整的信息屏系统，通常由控制终端、传输介质及显示终端三部分组成。显示终端多由微处理器作为控制核心，连接信息屏及传输介质，功能是将信息的字模数据处理后在信息屏上以信息的形式显示，以供阅读。根据控制终端及传输介质的不同，现有的信息屏系统相关技术大致可分为以下几种工作方式：
1.以PC机为控制终端，采用RS-232/485实现数据传输的工作方式[4]，用户利用键盘及鼠标通过厂商特制软件实现信息的编辑、信息字模的提取，字模数据经RS-232/485传输到显示终端，显示终端处理后由信息屏实现显示。
2.以PC机为控制终端,采用U盘作为存储介质实现数据传输的工作方式[5],用户通过键盘及鼠标编写信息文本，并将信息文本保存到U盘中，再将U盘插入显示终端，由显示终端进行文本识别、信息处理及显示。
3.以PC机为控制终端，采用GSM短消息无线传输方式用户利用键盘及鼠标通过软件实现信息编写，信息经与PC机相连的GSM模块发送，显示终端经与之配套的GSM模块接收后，将信息转换成字模数据，并在信息屏上显示。
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第2章信息屏信息在线修改方法研究

2. 1信息屏信息的在线修改方法
本课题针对现行信息屏系统信息不能实时修改、成本高、控制终端便携性差、安装不便的不足，结合提高信息屏信息更新时效、降低系统成本、提高控制终端便携性、省却布线繁琐方便系统安装的初衷，提出了以集信息编辑、处理与发送为一体的集成式装置为基础，结合具有信息接收与显示功能的显示终端，实现信息屏信息实时修改的方法。控制终端采用便携式手持装置结构形式，采用微处理器为核心，连接人机交互介质实现信息的编辑、信息字模数据的存储与提取，并配以无线模块实现信息字模数据的传输；显示终端采用以微处理器为核心连接无线模块及信息屏实现信息的接收与显示；控制终端与显示终端之间数据传输采用一对多无线式传输方式，使单个控制终端可修改多个显示终端显示的信息。采用手持式装置的结构形式提高了控制终端的便携性，使得信息屏的信息能够在可直视范围内实时修改，提高了信息屏信息的更新时效。采用微处理器为控制核心，降低了信息屏系统成本。控制终端与显示终端数据的传输采用一对多无线式传输方式，不仅省却了信息屏安装布线繁琐，而且使控制终端具有通用性，用户可使用单个控制终端修改多个显示终端显示的信息，大幅地节省了使用成本。综上所述，本课题提出的信息屏信息在线修改方法能够降低信息屏系统成本、提高信息屏更新时效、方便安装，对扩大信息屏使用范围，提高信息屏系统普及性具有有益效果。为验证上述方法的可行性，本课题将对信息屏信息修改系统的结构及软硬件进行系统设计，获得相应的信息屏信息修改系统，并对其功能进行实际测试。

2. 2信息屏信息在线修改系统总体方案
根据图2.1信息屏信息在线修改系统结构图制定了如图2.2所示的信息屏信息在线修改系统总体设计方案。整个系统由控制终端和显示终端构成，其间通过无线传输的方式连接；控制终端由信息编辑模块、信息处理模块及信息发送模块组成，以微处理器为核心，连接输入、显示、存储、处理、发送等功能模块；显示终端由信息显示模块和信息接收模块组成，采用微处理器连接接收、处理、显等功能模块。为了保证系统的低成本，方案中选用在控制领域使用广泛，速率可达工业级的单片机作为控制终端微处理器。为实现控制终端便携，满足手持式的要求，本课题选用小型显示屏及小型键盘作为控制终端信息编辑人机交互介质，以减小控制终端的2间占有率。单片机受集成度的限制，其片内存储器容量较小，不能满足存放GB2312汉字字模数据的需要，因此，控制终端中还需包括字模数据存储。本方案选用合适flash存储芯片存放汉字字模数据，实际中首先由PC机访问汉字库文件，将字模数据从该文件读出，再经传输接口传送至单片机，最后由单片机逐页写入flash存储芯片。使用时单片机通过访问flash存储芯片实现信息字模数据存取。为省却布线繁琐，方便信息屏安装，方案中选用无线模块进行控制终端与显示终端的字模数据传输。
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第3章字模数据的存储.......... 11
3.1硬件汉字库电路设计.......... 11
3.2字模数据存储软件设计.......... 14
3.2.1 PC机读取字模数据并发送.......... 14
3.2.2单片机接收字模数据并写入flash.......... 17
3.3本章小结.......... 20
第4章信息的编辑与处理.......... 21
4.1信息编辑硬件电路设计.......... 21
4.1.1 C8051F020单片机与LCD 12864连接电路设计.......... 21
4.1.2 C8051F020单片机与4*4阵列键盘连接电路设计.......... 22
4.2信息编辑软件设计 ..........23
4.3信息处理软件设计.......... 32
4.4本章小结.......... 32
第5章信息的传输.......... 33
5.1 C8051F020单片机与KLY-610无线模块连接电路设计.......... 33
5.2字模数据发送软件设计.......... 34
5.3字模数据接收软件设计.......... 35
5.4本章小结.......... 36

第7章系统装配与测试

7. 1系统总体电路设计及PCB设计与制作
其中，采用ASM1117-3.3芯片实现VCC至3VDD电压转换，为C8051F020单片机及AT45DB041 flash存储器供电；采用22.1184MHz晶振为单片机提供系统时钟；设计JTAG接口电路，方便对单片机内部Flash烧写程序；使用快速反应二极管1N4148连接I/O起到保护作用，以防瞬间大电压冲击；增加0.1uF~10uF去稱电容，以防电源干扰。基于上述各部分电路设计，在Protel 99SE环境下绘制电路原理图，经过电气规则检查、生成网络表、元器件布局和连线等步骤，最终生成如图7.2所示PCB图。结合控制终端手持式的要求，购置大小为20cm* 10cm *4 cm (长*宽*高）的外盒，用于装配系统控制终端。该外盒主体材料为ABS树脂，具有一定抗冲击性、耐热性及耐化学药品性，能耐低温，电气性能优良，且易加工、表面光泽性好，外包胶为TPE，止滑性好，且弹性触感佳，能够提升控制终端触摸手感，增强握持性。其主要配件为上下盖，前盖自带6.5cm*5cni方型槽，可放置LCD屏，并且带有3.6cni*0.4cm条型槽，，可通过4*4贴片键盘的扫描数据线，后盖自带可拆卸盖板，可用于装配电池为控制终端供电。
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总结

信息屏作为信息显示媒介广泛应用于银行、商店及公交车等场所，但现行信息屏系统存在的信息不能实时修改、成本高、便携性弱等不足，一定程度上影响并制约了信息屏的普及程度。本文以此为基础，提出了以集信息编辑、处理与发送为一体的集成式装置为控制终端，结合具有信息接收与显示功能的显示终端，实现信息屏信息的实时修改的方法。结合信息屏信息在线修改的方法，为验证上述方法的可行性及合理性，本课题设计制作了以控制终端和显示终端为结构组成的信息屏信息在线修改系统：
1.设计制作了控制终端硬件，并且完成了支撑控制终端运行的字模数据存储、信息编辑、信息处理及信息发送软件的设计及编写，实现了信息的编辑、处理及发送；
2.设计制作了显示终端硬件，同时完成了保证显示终端运行的信息接收及信息显示软件的设计及编写，实现了信息的接收与显示；
3.设计并编写一对多传输软件程序实现了单个控制终端与多个显示终端的数据传输；
4.分别对获得控制终端及两个显示终端的功能进行了测试，测试表明，控制终端能够实现信息的编辑、发送功能；两个显示终端均能分别正确判断、接收、及显示来自控制终端的对应信息；信息屏信息在线修改系统的控制终端能够分别对两个显示终端进行对应信息的实时修改。
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参考文献（略）