引言
针对目前LED 点阵显示屏的广泛应用以及GPRS 网络全国覆盖的优势， 提出基于GPRS技术的无线LED 显示屏控制系统方案。详细介绍控制系统的系统结构、软硬件设计过程和通信协议的制定。此设计在多LED 显示屏组网控制，而LED 屏又分布范围较广时优势较明显，可以拓宽LED 显示屏的应用领域，具有一定的应用价值。
1 系统工作原理
本系统主要由上位机和下位机组成。上位机为安装有LED 屏管理软件而且能连接Internet 或GPRS 网络的设备，例如PC、移动设备等。下位机为以AVR 单片机控制模块为主的LED 屏无线控制器。系统拓扑结构如图1 所示。
系统主要利用GPRS 模块作为无线Modem, 实现了LED 显示屏无线控制器(作为客户端)拨号上网，与Internet 网络上的上位机(作为服务端)进行TCP 无线通信，实现数据传输，完成对LED 屏的无线数据更新。
2 下位机硬件设计
如图2 所示，LED 屏无线控制器主要由四部分组成： 电源模块、GPRS 模块、AVR 单片机控制模块、LED显示屏。
2.1 AVR 单片机控制模块
为了保证通信数据的实时性和效率， 又能兼顾驱动LED 显示屏， 所以本模块采用的MCU 是拥有双串口的ATMEL 公司的ATmega 162.它是一款基于AVRRISC 的低功耗CMOS 的8 位单片机，其稳定性、可靠性非常高， 能适应各种环境， 适用于各种不同的无线LED 显示屏使用环境。
本模块主要处理GPRS 模块接收到的信息， 并将接收到的屏显信息传送给LED 屏，同时通过串口发出AT 指令监视GPRS 模块是否有新消息。一旦有，立刻进入串口中断，对数据进行处理。在TCP/IP 协议下，数据采用十六进制的方式传输，不需要进行汉字解码，大大简化了系统外围电路的设计。
2.2 GPRS 模块电路
GPRS 模块采用了SIMCOM 公司的SIM300.该模块体积小巧，性能突出，可广泛应用于无线语音传输、车载系统、远程抄表、安全监控、遥控遥测、手持设备等领域。
SIM300 模块具有功能完备的系统接口，在内部集成了TCP/IP 协议栈，扩展了TCP/IP AT 指令，可以通过串口对其提供的AT 指令进行交互操作。这样可以降低开发难度，易于实现数据传输，而且成本较低，系统的可扩展性好。
SIM300 需要外接SIM 卡卡座，其串口与单片机的串口相连，将GPRS 模块接收到的信息传送给单片机，然后进行数据处理。而AVR 单片机则控制SIM300 模块的开关，AVR 单片机与SIM300 模块的连接示意图如图3 所示。
2.3 LED 屏驱动电路
本系统的LED 条屏采用比较经典的74HC595 作为点阵输出的列驱动，采用ULN2803 作为行驱动。此方案的驱动电路设计软硬件设计简单，而且功耗低、驱动能力强、占用的I/O 口线较少，是一种造价低廉、应用灵活的设计方案。
3 通信协议设计
由于本系统采用了GPRS 网络的通信模式， 所以上位机设置一个LED 控制器管理平台来管理所有的LED 控制器。这个LED 控制器管理平台(即"上位机软件")通过TCP/IP 协议与LED 屏无线控制器进行通信，而且可以同时控制多台。上位机软件与LED 屏无线控制器之间采用GPRS 方式进行连接， 它们之间的连接关系如图4 所示。
LED 屏无线控制器是客户端， 其数据的收发通过上位机软件控制。当LED 屏控制器上电运行后，会主动向上位机软件建立连接并握手，登录成功后，上位机软件与LED 控制器才能进行数据传输。
上位机软件与各LED 屏无线控制器之间通信协议是以TCP 协议为基础协议， 并自定义了一个STCP协议层用于封装PDU(数据单元)数据层协议。STCP 协议层只为PDU 的承载框架， 提供安全可靠的传输过程。通信网络层结构图如图5 所示。
图5 通信网络层结构图
在自定义的STCP 通信协议中，制定了一系列管理无线LED 显示屏控制器的通信指令，主要为上位机软件的编程提供具体的通信结构和规范。通信包格式如表1所示：