本文所研究的基于GPRS的遠程LED顯示屏控制系統的關鍵技術包括上位機控制端、中轉服務器和下位機LED顯示屏;上位機控制端和下位機LED顯示屏通過中轉服務器建立網絡連接;本系統具有利用內網穿透技術和中轉服務器來實現遠程控制, 能實現讓所有聯網的PC來控制每個LED顯示屏;有線控制和無線遠程控制;降低通信線路鋪設成本和通信故障率;增強LED信息傳輸的穩定性和及時性, LED顯示屏能隨時接收上位機控制端下發的信息, 大大提高LED顯示屏的工作效率;增加LED顯示屏遠程傳輸的數據量, 通過GPRS DTU發送信息, 采用TCP/IP網絡協議, 終端聯網數量不受限制;擴展LED顯示屏遠程應用的距離, 只要GPRS網絡覆蓋的地方都能使用, 不受距離限制。

20世紀80年代末, 武漢LED顯示屏作為新型信息顯示媒體在全球得到迅速發展, 具有亮度高、色彩鮮艷、壽命長、性能穩定等優點。LED顯示屏在現實應用中大部分都是單一的非物聯網設計, 未能實現多LED顯示屏的大面積范圍宣傳和實時更新。在LED顯示屏信息的傳送方式上, 通過有線傳輸, 則需要額外的增加一筆線路鋪設的開支;而現有的無線傳輸, 又存在遠程通信質量低、一次性發送的數據量少等弊端和局限。本系統針對傳統LED顯示屏的各種弊端和局限, 通過一套穩定完善的遠程控制系統解決這些問題, 包括實現多LED顯示屏的統一遠程控制, 顯示內容的實時更新, 顯示花樣的更改, 顯示亮度的自動、手動模式的調整、有線近距離控制和網絡遠程控制模式的切換、顯示屏壞點信息反饋的功能, 全部由上位機軟件進行統一監控。

1 系統設計

本文所研究的基于GPRS的遠程LED顯示屏控制系統主要包括中轉服務器2和下位機LED顯示屏3;上位機控制端1和下位機LED顯示屏3通過中轉服務器2建立網絡連接 (圖1) 。

圖1 系統總體設計框圖

下位機LED顯示屏3包括微控制器4和連接微控制器4的數據存儲器7、壞點檢測模塊5、串口模塊8、光強度檢測模塊10和LED顯示屏6, 串口模塊8連接GPRS模塊9 (圖2) ;各個模塊的數據匯總到微控制器4, 由微控制器4進行統一數據處理, 將LED顯示屏6的壞點信息通過微控制器4和串口模塊8傳送至上位機控制端1, 同時通過串口模塊8獲取來自上位機控制端1的數據或者通過GPRS模塊9接收來自中轉服務器2的網絡數據, 并將顯示信息存儲到數據存儲器7, 根據控制命令在LED顯示屏6上顯示。

中轉服務器2包括服務器軟件14和花生殼軟件15 (圖5) , 中轉服務器2建立上位機控制端1與下位機LED顯示屏3的網絡連接 (圖1) ;服務器軟件能實現內網穿透 (圖3) , 讓上位機控制端1與下位機LED顯示屏3在具有公網IP地址的中轉服務器2的協助下, 實現網絡通信, 在不能實現內網穿透的情況下, 以中轉服務器2作為橋梁, 采用中轉技術, 把上位機控制端1發來的數據先暫存, 然后轉發給下位機LED顯示屏3;花生殼軟件15能將中轉服務器2的動態公網IP地址綁定到固定域名上, 上位機控制端1和下位機LED顯示屏3則通過解析固定域名, 從而間接獲取中轉服務器2的動態IP地址, 實現網絡連接。

圖2 下位機LED顯示屏原理框圖

圖3 DUP內網穿透框圖

控制端軟件13完成顯示信息的轉換、TCP/IP網絡連接、屏幕運行狀態的監測、遠程控制LED顯示屏6的顯示內容、顯示字體、顯示花樣、屏幕亮度等參數。服務器軟件14基于VC6.0編寫, 實現內網穿透或者數據中轉, 支持多LED顯示屏組網和多用戶同時控制。壞點檢測模塊5能根據客戶需要將屏幕的壞點信息反饋給上位機控制端1。

圖4 控制端軟件設計框圖

圖5 中轉服務器軟件設計框圖

進一步, 光強度檢測模塊10能根據現場環境的光照強度的變化, 自動按事先設定好的比例調節屏幕亮度, 即屏幕亮度=線性關系*光照強度, 屏幕亮度與光照強度是一種線性關系, 光照強度越強, 屏幕亮度越亮, 反之光照強度越弱, 屏幕亮度則越暗。

圖6 壞點檢測模塊原理框圖

圖7 光強度檢測模塊原理框圖

2 系統操作步驟

首先對基于GPRS的遠程LED顯示屏控制系統的下位機LED顯示屏3的設置, 開啟下位機電源總開關, 使所有硬件模塊通電運行, 檢測GPRS模塊的運行狀態, 使網絡通信正常。

第二步對基于GPRS的遠程LED顯示屏控制系統的中轉服務器2的設置, 在具有公網IP的電腦上使用固定域名登錄花生殼軟件15, 運行服務器軟件14, 點擊運行服務, 點擊網絡檢測, 看軟件下方的公網IP和本地IP是否顯示一致, 若一致表示服務器處于公網狀態, 當上位機控制端1與下位機LED顯示屏3成功連接中轉服務器2時, 服務器軟件14的界面上的客服端狀態區的控制端和顯示屏的狀態指示圖標將顯示為在線, 并且將由灰色變成彩色, 方便用戶識別。

第三步對基于GPRS的遠程LED顯示屏控制系統的上位機控制端1的設置, 根據實際情況來選擇控制方式:網絡控制和串口控制;若遠程控制, 則選擇軟件界面左上角的網絡連接, 直到圖標顯示彩色, 表明成功連接服務器, 若屏幕狀態區顯示彩色, 表明成功連接下位機LED顯示屏3, 整個系統正常運行;串口控制需要事先配置好當前通信端口, 然后點擊串口控制, 出現彩色表明設置成功。

3 系統測試

本系統經過實際測試達到了預定的目標, 運行穩定, 如圖8。具備以下優點:1) 利用內網穿透技術和中轉服務器來實現遠程控制, 能實現讓所有聯網的PC來控制每個LED顯示屏。2) 控制方式靈活, 近距離能采用有線控制, 也能做無線遠程控制。3) 利用STM32F103做主控芯片, 內存大, 運行速度快。4) 采用GPRS通信, 降低LED顯示屏通信線路鋪設成本和通信故障率。5) 增強LED信息傳輸的穩定性和及時性, LED顯示屏能隨時接收上位機控制端下發的信息, 大大提高LED顯示屏的工作效率。6) 增加LED顯示屏遠程傳輸的數據量, 通過GPRS DTU發送信息, 采用TCP/IP網絡協議, 終端聯網數量不受限制。7) 擴展LED顯示屏遠程應用的距離, 只要GPRS網絡覆蓋的地方都能使用, 不受距離限制。

圖8 LED顯示效果圖