基于AVR的無線LED屏控制系統設計

　　3、 通信協議設計

　　由于本系統采用了GPRS 網絡的通信模式， 所以上位機設置一個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"上位機軟件"）通過TCP/IP 協議與LED 屏無線控制器進行通信，而且可以同時控制多臺。上位機軟件與LED 屏無線控制器之間采用GPRS 方式進行連接， 它們之間的連接關系如圖4 所示。

　　LED 屏無線控制器是客戶端， 其數據的收發通過上位機軟件控制。當LED 屏控制器上電運行后，會主動向上位機軟件建立連接并握手，登錄成功后，上位機軟件與LED 控制器才能進行數據傳輸。

　　上位機軟件與各LED 屏無線控制器之間通信協議是以TCP 協議為基礎協議， 并自定義了一個STCP協議層用于封裝PDU（數據單元）數據層協議。STCP 協議層只為PDU 的承載框架， 提供安全可靠的傳輸過程。通信網絡層結構圖如圖5 所示。

圖5 通信網絡層結構圖

　　在自定義的STCP 通信協議中，制定了一系列管理無線LED 顯示屏控制器的通信指令，主要為上位機軟件的編程提供具體的通信結構和規范。通信包格式如表1所示：

表1 通信包格式

　　注：

　　完整數據長度： 整型字節（4 個字節長度），整個通信包的長度；

　　命令字： 根據無線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；

　　數據內容：需要顯示信息內容；

　　校驗和： 全部數據累加校驗和；

　　根據無線LED 顯示屏控制器實際運用需要，制定了發送、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

　　上位機軟件通過Internet 網絡將數據發送到無線LED 顯示屏控制器后，LED 顯示屏控制器需要對收到的數據進行處理。根據指令的不同，可以控制LED 顯示屏的顯示內容及顯示模式（例如上移、下移、左移、右移、靜止、閃爍、刪除等）。

　　4 、軟件設計

　　本系統的軟件設計包括兩部分： 上位機軟件和AVR 單片機的控制程序。上位機軟件完成與GPRS 模塊的通信， 控制LED 顯示屏上顯示的數據信息；AVR單片機的控制軟件主要完成系統初始化，GPRS 網絡連接，接收上位機發送的信息，分析接收信息內容，完成指令， 并按需將發布信息轉換為點陣信息， 送到LED顯示屏進行顯示。

　　4.1 AVR 單片機的控制程序

　　AVR 單片機的控制程序主要完成以下功能：連接GPRS 網絡、數據傳輸、控制LED 屏顯示。

　　（1）初始化系統及SIM300 模塊，連接GPRS 網絡；（2）依照顯示屏控制器與上位機的通信協議，與上位機通信握手，接收指令，解析指令，并將顯示數據等信息存儲與處理；（3）通過串口驅動LED 屏，進行信息的顯示等。

　　下面簡單介紹SIM300 模塊與上位機實現TCP/IP無線通信流程。

　　AT+CGDCONT=1,"IP","CMNET" --注冊中國移動網絡

　　OK

　　AT+CGCLASS? --顯示GPRS 信息移動的類型

　　+CGCLASS: "B"

　　OK

　　AT+CGATT? --GPRS 服務附加/分離

　　+CGATT: 1

　　OK

　　AT+CGACT=1,1 --環境激活

　　OK

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

　　TCP 連接（上位機IP 地址及端口號）

　　OK

　　CONNECT OK --連接成功

　　AT+CIPSEND --通過TCP 發送數據

　　> HELLO

　　SEND OK --發送成功